一种具有异质浸润表面的高强度油水分离纤维膜及其制备方法技术

技术编号：41257917 阅读：2 留言：0更新日期：2024-05-11 09:17

本发明专利技术涉及一种具有异质浸润表面的高强度油水分离纤维膜及其制备方法，属于新材料技术领域。首先，我们利用静电纺丝技术制备高强度的PAN/PVA超亲水膜作为基底；接着在PAN/PVA基底表面纺上一层具有连续沟槽结构的超亲油CAB纤维，两者共同组成具有异质浸润表面的膜材料。在纺丝过程中控制溶剂挥发速度，使纤维间接触点溶融互锁，提升纤维膜的整体机械强度。这种异质浸润层纤维在微观上既具有超亲水性又具有超亲油性，可以将纤维聚结油滴效应和膜的筛分效应耦合，赋予了复合纤维膜表面抗污染能力，能有效抑制膜内部连续油膜的形成，解决堵塞膜孔的问题。在油水分离过程中，膜分离效率和渗透通量均得到提升。该研究在油水污染废水处理领域具有广泛的应用前景。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油水分离材料，具体涉及一种具有异质浸润表面的高强度油水分离纤维膜及其制备方法，属于新材料。

技术介绍

1、据报道，全球范围内，含油污水排放量超标、破坏水质环境的案例时有发生。含油废水来源极广，主要来自石油化工、机械加工、食品制造等不同行业的生产过程。这些废水若处理不当排放到自然环境中，不仅会对水体、土壤和气候造成严重的污染，而且会危害人类生命健康。因此，开发高效科学的含油废水治理技术具有重要的意义和工业应用价值。

2、在众多污水处理技术中，膜分离技术具有节能环保、适用性广、操作简便、滤液可回收等优点，在含油污水处理中展现出巨大潜力。含油污水膜分离技术研发的核心是膜材料的制备。基于静电纺丝技术制备的多孔纤维膜，具有高比表面积、连通孔隙、易于加工等特点，是目前油水分离膜材料研究的热点。

3、现有研究表明，超亲水静电纺丝油水分离膜在含油污水处理中展现出极高的通量和截留率。该膜材料的分离机理是利用膜表面对油和水的浸润性差异，实现油水乳液分离。但是，分离过程中表面活性剂、生物有机组分等降低了膜对油和水浸润性差异，致使油在膜表面和连续孔道内部粘附、堵塞，最终降低分离通量，甚至中断分离过程。目前研究方向主要是提高膜的亲水性，从而减少油滴黏附污染。但是最终效果并不明显，很难实现高效、连续分离。为解决这一问题，我们在超亲水纳米纤维表面引入异质浸润性(超疏水/超亲油)的微米纤维，与原有的超亲水纤维共同组成分离表层。引入的超疏水微米纤维具有连续凹槽结构，可以实现油滴的捕获、聚结，提升分离效率。同时纺丝过程中控

4、本专利技术通过连续静电纺丝技术制备了具有异质浸润表面的高强度聚丙烯腈/聚乙烯醇/醋酸丁酸纤维素(pan/pva/cab)复合纤维膜。与已报道的超疏水/超亲水双层复合静电纺丝油水分离膜相比，本专利技术将具有连续沟槽结构的超亲油cab纤维和高强度的pan/pva纤维共同组成分离层，其超亲水和超疏油浸润性复合在同一表面。在油水分离过程中，超亲水pan/pva纤维允许水通过而截留住油滴，疏水cab纤维捕获微小油滴，其表面的连续沟槽结构不仅增强油滴的捕获面积，而且促进油滴的聚并长大，增强截留率和减少膜污染。这种异质浸润层将纤维聚结油滴效应和膜的筛分效应耦合，赋予了复合纤维膜表面抗污染能力，能有效抑制膜内部连续油膜的形成，尽可能解决堵塞膜孔的问题。膜分离效率和渗透通量均得到提升，有望打破传统单一水下超疏油膜的局限性。

技术实现思路

1、本专利技术目的是采用一种简单的方法制备一种具有高强度抗污染性能的油水分离膜。

2、下面简要阐明本专利技术的实现过程。首先利用静电纺丝技术制备高强度的聚丙烯腈/聚乙烯醇超亲水膜作为基底，接着在聚丙烯腈/聚乙烯醇基底表面纺上一层具有连续沟槽结构的超亲油醋酸丁酸纤维素纤维，制备出具有异质浸润表面的高强度复合纤维膜。

3、本专利技术涉及一种具有异质浸润表面的高强度油水分离纤维膜及其制备方法，其通过以下具体步骤实现：

4、(1)将聚丙烯腈与聚乙烯醇溶于二甲亚砜和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，聚丙烯腈的质量分数为5％～10％，聚乙烯醇的质量分数为1％～5％，在85℃水浴加热条件下磁力搅拌2～12小时，得到聚丙烯腈/聚乙烯醇前驱液；将醋酸丁酸纤维素溶于丙酮与n,n-二甲基乙酰胺的混合溶剂中，醋酸丁酸纤维素的质量分数为10％～20％，在常温下磁力搅拌6～24小时,得到醋酸丁酸纤维素前驱液。

5、(2)注射器1内吸取聚丙烯腈与聚乙烯醇前驱液，安装18～23号针头；将注射器装入静电纺丝设备的注射泵中；注射泵的推进速度设为0.6～3毫升每小时；平移距离设为10～20厘米；调整针头到转辊接收器的距离为10～20厘米；将锡箔纸覆盖到转辊接收器上，调整转辊接收器转动速度为40～120转每分钟；将正高压电源连接注射器针头，调整电压为12～20千伏；将负高压电源接于转辊接收器，调整电压为-1～-6千伏；纺丝时间1～5小时，得到作为基底待用。

6、(3)接着，在聚丙烯腈/聚乙烯醇纤维膜上连续静电纺丝；在注射器2内吸取醋酸丁酸纤维素前驱液，安装18～23号针头；将注射器装入静电纺丝设备的注射泵中；注射泵的推进速度设为1～4毫升每小时；平移距离设为10～20厘米；调整针头到转辊接收器的距离为10～20厘米；调整转辊接收器转动速度为40～120转每分钟；将正高压电源连接注射器针头，调整电压为12～20千伏；将负高压电源接于转辊接收器，调整电压为-1～-6千伏；该层纤维膜的纺丝时间缩减至3～5分钟；纺丝完成后将锡箔纸从转辊接收器上揭下，放入60℃烘箱中干燥2小时；将干燥后的纤维膜浸泡在含有3％戊二醛和1％浓盐酸的乙醇溶液中交联2小时，之后用去离子水冲洗干净，再次放入60℃烘箱中干燥，即可得到具有异质浸润表面的高强度油水分离纤维膜。

7、本专利技术目的是采用一种简单的方法制备一种具有异质浸润表面的高强度油水分离纤维膜，其在含油污水处理方面具有较好的应用前景。

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【技术保护点】

1.一种具有异质浸润表面的高强度油水分离纤维膜及其制备方法，具体通过以下方法获得：

【技术特征摘要】

1.一种具有异质浸润表面的高强度油水分离纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建强，刘康，甘绍朋，岳川，苏宝汀，李小芳，薛庆忠，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：

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