超亲水超疏油的油水分离膜及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超亲水超疏油的油水分离膜，属于超亲水材料领域。包括基材和修饰在基材表面的超亲水基团；所述基材为多孔金属泡沫钛，所述超亲水基团为

【技术实现步骤摘要】
超亲水超疏油的油水分离膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种油水分离膜，具体讲是一种超亲水超疏油的油水分离膜及制备方法，属于超亲水材料领域。

技术介绍

[0002]油水混合物的分离一直以来都是一个热门的学术话题，同时也具有很大的现实工业需求，以求解决日益严重的环境污染问题，比如石油泄漏、含油废水排放等。传统油水分离方法(如离心、悬浮、沉降等)存在离心能耗大，悬浮与沉降等方法效率较低等问题，因此基于油水表面能差的新兴方法被认为更加环保、高效和经济。油水分离问题本质上是界面问题，有效提高分离效率的直接手段就是制备超疏油或者超疏水表面的分离材料。而现有的油水分离膜普通存在油水分离效率低、稳定性和机械强度低等诸多不足，无法满足实际的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现的技术缺陷，提供一种的机械强度高、分离速度快、稳定性好的超亲水超疏油的油水分离膜及制备方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的超亲水超疏油的油水分离膜，包括基材和修饰在基材表面的超亲水基团；
[0005]所述基材为多孔金属泡沫钛，所述超亲水基团为
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
基团。
[0006]本专利技术中，所述
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
基团为低浓度HF与泡沫钛基材进行水热反应后构建。
[0007]本专利技术中，所述HF溶液浓度为0.05
‑
0.1％。
[0008]本专利技术还提供了上述超亲水超疏油油水分离膜的制备方法，具体包括以下步骤：
[0009]S1.金属泡沫钛基材预处理；
[0010]S2.低浓度HF和金属泡沫钛基材进行水热反应后构建所述
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
基团；
[0011]S3.将反应后基材烘干，得到超亲水超疏油油水分离膜。。
[0012]本专利技术中，所述步骤S1包括：
[0013]S1.1将所述基材依次使用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗；
[0014]S1.2然后使用红外激光器对基材进行表面熔覆；
[0015]S1.3最后将基材浸入盐酸溶液中加热反应，去除基材表面氧化物。
[0016]本专利技术中，所述基材在所述丙酮、无水乙醇、去离子水中依次超声清洗时间为10min。
[0017]本专利技术中，所述红外激光器功率为27
‑
54W，扫描速度为200
‑
400mm/s。
[0018]本专利技术中，所述盐酸溶液浓度为15
‑
19％。
[0019]本专利技术中，步骤S2包括：所述HF溶液浓度为0.05
‑
0.1％，所述水热反应温度为100
‑
140℃，所述反应时间为1
‑
4h。
[0020]本专利技术有益效果在于：(1)利用简单的一步水热法对金属泡沫钛进行改性制得的
表面存在细致
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
基团的油水分离膜。泡沫钛是一种多孔金属泡沫材料，孔隙率高并且具有良好的机械强度，并且易与HF发生反应。在进一步增加基材表面粗糙度的同时，也增大了其表面能，使泡沫钛基材具有超亲水超疏油的性质，其水下油接触角可达161
°
，因此水将在基材表面形成一层稳定的水膜并阻止油滴的通过，从而达到良好的油水分离效果。(2)泡沫钛分离膜的化学稳定性好，可以多次循环使用，避免了对环境造成二次污染。通过利用一步水热法，使表面生成了一层细致的
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
粗糙结构基团，进而升高了表面能，构建出了超亲水超疏油的改性泡沫钛，可被应用于油水分离领域。(3)利用红外激光器对基材表面进行处理，能够增大泡沫钛基材的表面粗糙度，为后续的基团构建提供有利基础。(4)使用盐酸浸泡基材可以有效去除基材表面的氧化层杂质。(5)HF溶液浓度为0.1％，水热反应温度为120℃，反应时间为4h，反应时间过短不利于
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
基团的形成，时间过长基团结构又会过于粗大。(6)实验证明，本专利技术的油水分离膜能对正己烷、石油醚、植物油、二甲苯的油水混合物进行有效分离，且分离效率较好，具有孔隙率高、分离速度快、分离效率高、性能稳定、机械强度高等优势，且制备工艺简单、成本低廉、环境友好。
附图说明
[0021]图1为水热处理前后的金属泡沫钛FESEM图；
[0022]图2为原始泡沫钛与水热处理后泡沫钛的水下油滴粘附性对比图；
[0023]图3为泡沫钛置于不同环境下的接触角与滚动角图；
[0024]图4为水热处理后泡沫钛对于正己烷、植物油、二甲苯和石油醚的过滤效率图；
[0025]图5为水热处理后泡沫钛未清洗与清洗循环过滤效率图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0027]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]下面结合附图，对本专利技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029]本专利技术的技术原理为：特殊浸润性的油水分离膜分离效率高、可重复利用，同时只需重力作用下便可完成油水混合物的分离。而制备超亲水超疏油分离膜，则需要表现出对油滴极低的表面粘附力，以有效防止表面的油滴污染。在实际应用过程中，对于大部分油水混合物来说，油滴密度比水小，在重力作用下，水优先接触到膜表面往下渗透，并且因为膜的超亲水性而在其表面形成一层水膜，使油滴无法通过膜的表面，从而达到分离的目的。本专利技术中，使用HF作为氟源和反应剂，在金属泡沫钛表面构建高表面能的超亲水超疏油粗糙结构，得到一种低成本、高效率和稳定的油水分离膜，其分离过程中不会产生二次污染，比
较适用于水多油少的情况，是一种真正的抗污、经济、耐久、高效的油水分离膜。
[0030]以下实施例中选择的基材均为金属泡沫钛。金属泡沫钛是一种环境友好的多孔金属泡沫材料，具有机械强度高、分离精度高，重复利用性强、抗腐蚀性好、孔隙尺寸小等优势。金属材料较为活泼，易于表面改性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超亲水超疏油的油水分离膜，其特征在于：包括基材和修饰在基材表面的超亲水基团；所述基材为多孔金属泡沫钛，所述超亲水基团为
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
基团。2.根据权利要求1所述的超亲水超疏油的油水分离膜，其特征在于：所述
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
基团为低浓度HF与泡沫钛基材进行水热反应后构建。3.根据权利要求2所述的超亲水超疏油的油水分离膜，其特征在于：所述HF溶液浓度为0.05
‑
0.1％。4.权利要求1
‑
3任一项所述超亲水超疏油油水分离膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1.金属泡沫钛基材预处理；S2.低浓度HF和金属泡沫钛基材进行水热反应后构建所述
‑
O
‑
Ti
‑
F
‑
基团；S3.将反应后基材烘干，得到超亲水超疏油油水分离膜。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪涛，康俊，周龙鹏，唐健，韩亚楠，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：