具有水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及具有水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法和用途。本发明专利技术的油水分离网膜是以１００～４００的目织物网作为基底，采用光引发聚合的方法，在织物网的网丝上得到以聚合物单体交联聚合形成的水凝胶包覆层，从而得到本发明专利技术的网膜。本发明专利技术的油水分离网膜具有在空气中及水下超亲水和在水下超疏油的性质，在水下对油滴的接触角大于１５０°，而且具有对油滴低粘附的特性。本发明专利技术的网膜可应用于含油污水处理、化学分离和环境保护等方面。用该网膜进行油水分离具有分离效果好、分离速度快、低成本、低能耗、方便、无需其他化学添加剂、网膜易回收多次重复利用、可用于大范围制备可等优点。

【技术实现步骤摘要】
具有水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法和用途
本专利技术属于化学化工、功能材料
，特别涉及具有超亲水与水下具有超疏 油性质的油水分离网膜及其制备方法和用途。
技术介绍
油水分离是一个在生产生活中具有重大意义的工作，按照油水的含量大体可以分 为含油的污水和含水废油两大类，其中含油污水来源广泛，如石油泄漏、轮船的压仓水、陆 上开采石油矿石，以及食品、纺织、机械加工、制革等众多产业均会向环境中排放大量的含 油污水，含油污水危害人类的健康和安全，污染环境，甚至破坏生态平衡。所以如何寻找一 种简便高效的方法处理这些污染物，进行油水分离成为了一个人们关注的课题。CN1387932A、CN1721030A、CN101518695A 和 CN200910217895. 3 中分别公开了具有 超疏水与超亲油功能的油水分离网膜或油水分离网。虽然四种技术方案都具有油水分离的 效果，但也存在着不同的不足，如制造过程较为复杂，有的使用了含氟化合物，有的还需高 温固化，不适用于大量水中含有少量油的油水混合物的分离等等。同样，文献 Angew. Chem. Int. Ed. 2004，43，2012 ;J. Mater. Chem. 2007，17,4772 ； Nanotechnology,2007,18,015103 ；Macromol. Rapid. Commun. 2006，27，804 ；ACS App 1. Mater. Interfaces, 2009,1, 2613也报道了可以用来油水分离的具有超疏水与超亲油功能 的网膜，但也存在上述类似的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供具有在空气中及水下超亲水与在水下超疏油性质的油水 分离网膜。本专利技术的再一目的在于提供一种成本低、速度快、简单便捷的具有在空气中及水 下超亲水与在水下超疏油性质的油水分离网膜的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供具有在空气中及水下超亲水与在水下超疏油性质的 油水分离网膜的用途。本专利技术的具有在空气中及水下超亲水与在水下超疏油性质的油水分离网膜是以 100 400目的织物网作为基底，采用光引发聚合物单体进行交联聚合的方法，在织物网的 网丝上得到以聚合物单体交联聚合形成的水凝胶包覆层，从而得到一种复合网膜，即本发 明的具有水下超疏油性质的油水分离网膜。本专利技术的油水分离网膜具有特殊的纳米与微米的复合结构微米尺度的网孔，微 米厚度的水凝胶包覆层和水凝胶包覆层上纳米尺寸的突起结构。本专利技术的油水分离网膜在 空气中及水下具有超亲水性(在空气中对水的接触角接近0° )，在水下对油滴的接触角大 于150°，且在水下对油具有小于5微牛的低粘附的特性。水下对油滴粘附力的测量使用的 是高灵敏度微电机械平衡系统(DataPhySicS，DCAT 11 Germany)。将3微升大小的油滴用 金属帽固定悬浮于水中，以0. OOSmms-1速度控制油滴与水凝胶表面接触挤压，然后恢复原位，用计算机记录整个过程力的变化，并读出油水分离网膜在水下对油滴的粘附力。本专利技术的具有水下超疏油性质的油水分离网膜是在100 400目的织物网的网丝 上包覆有微米厚度的水凝胶包覆层，所述的油水分离网膜具有微米尺度的网孔(是指包覆 了水凝胶包覆层后的网孔)，网孔随织物网目数的增大而响应减小，所述的水凝胶包覆层上 有纳米尺寸宽度的突起结构。所述的水凝胶选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚N-异丙基 丙烯酰胺、聚N-乙烯基己内酰胺、聚N-乙基丙烯酰胺、聚N，N- 二甲基丙烯酰胺和聚2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸所组成的组中的至少一种。所述的具有水下超疏油性质的油水分离网膜具有在空气中(在空气中对水的接 触角接近0° )及水下超亲水与在水下超疏油的性质。所述的具有水下超疏油性质的油水分离网膜在水下对油滴的接触角大于150°。所述的织物网是不锈钢、铜、铁或铝金属纤维织物等；或者是尼龙、维纶、芳纶、涤 纶或腈纶纤维织物等。所述的微米尺度的网孔的孔径为30 170微米；所述的微米厚度的水凝胶包覆层 的厚度为ι 10微米；所述的纳米尺寸宽度的突起的宽度为200 900纳米。本专利技术的油水分离网膜具有稳定、分离效率高的性质，可以大面积制备和低成本 生产。其是将聚合物单体、交联剂、增稠剂、引发剂混合后，均勻涂覆在由金属或聚合物纤维 (如尼龙、维纶、芳纶、涤纶或腈纶纤维等)编织成的100 400目的织物网的网丝表面，光 引发聚合物单体聚合后，在织物网上形成包覆网丝的水凝胶层，水凝胶层的厚度为1 10 微米(如图Ia所示)。水凝胶层上具有纳米尺寸宽度的突起结构(如图Ib所示)，在吸收 水后发生溶胀，水凝胶包覆层上的纳米尺寸宽度的突起结构间陷入更多的水，且粗糙的微 米与纳米复合结构大大减小了油和网膜的接触面积，从而获得具有在空气中及水下超亲水 与在水下超疏油功能的材料，以实现油水分离的目的。实验结果表明，水在本专利技术的油水分离网膜表面的接触角接近0° (如图2所 示)，且孔径较大(30 170微米)，水能轻易的穿过所述的油水分离网膜；同时油(如正 己烷、石油醚、二氯乙烷、苯、动植物油、柴油、汽油、煤油和原油等)在其表面的接触角大于 150° (如图3所示)，即油在本专利技术的油水分离网膜表面不浸润而且不能通过。如将油水 混合物倒入夹有本专利技术的油水分离网膜的垂直放置的玻璃管中时，水能快速通过，而油被 阻挡在油水分离网膜上方，实现油水分离的目的。水凝胶层不但具有超亲水的性质，而且吸 水和保水性能好，使水顺利通过的同时将油完全的阻挡，从而实现有效的油水分离，并且具 有稳定的油水分离效果。而且水凝胶层对油滴具有极低的粘附(如图4)，网孔不易被油滴 堵塞污染，使用后的所述的油水分离网膜清洗方便，可反复使用。本专利技术的具有水下超疏油性质的油水分离网膜的制备方法包括以下步骤(1)将100 400目的织物网清洗干净(可分别浸入乙醇和丙酮中超声进行清 洗)，常温下晾干；(2)室温下，将聚合物单体、交联剂、增稠剂和引发剂溶于水中并搅拌均勻，得到 混合溶液；其中，混合溶液中的聚合物单体的含量为20 40wt%、交联剂的含量为0. 4 0. 9wt%、增稠剂的含量为0. 2 0. 6wt%、引发剂的含量为0. 5% 0. 9wt%，余量为水；(3)将步骤( 得到的混合溶液均勻涂覆在步骤(1)晾干后的织物网的表面；(4)用波长为365nm的紫外光源照射步骤( 涂覆过混合溶液的织物网进行光引 发聚合(优选紫外光源照射进行光引发聚合的反应时间为60 100分钟)，使聚合物单体 和交联剂在引发剂的作用下发生交联聚合，并在织物网的网丝表面形成包覆网丝的水凝胶 层，得到具有在空气中及水下超亲水与在水下超疏油性质的油水分离网膜。所述的聚合物单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酸钾、N-异丙基丙烯酰 胺、N-乙烯基己内酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N，N- 二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基 丙基磺酸所组成的组中的至少一种。所述的水凝胶选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚N-异丙基 丙烯酰胺、聚N-乙烯基己内酰胺、聚N-乙基丙烯酰胺、聚N，N- 二甲基丙烯酰胺和聚2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸所组成的组中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有水下超疏油性质的油水分离网膜，其特征是：所述的油水分离网膜是在１００～４００目的织物网的网丝上包覆有微米厚度的水凝胶包覆层，所述的油水分离网膜具有微米尺度的网孔，所述的水凝胶包覆层上有纳米尺寸宽度的突起结构；所述的水凝胶选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚Ｎ－异丙基丙烯酰胺、聚Ｎ－乙烯基己内酰胺、聚Ｎ－乙基丙烯酰胺、聚Ｎ，Ｎ－二甲基丙烯酰胺和聚２－丙烯酰胺基－２－甲基丙基磺酸所组成的组中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种具有水下超疏油性质的油水分离网膜，其特征是所述的油水分离网膜是在 100 400目的织物网的网丝上包覆有微米厚度的水凝胶包覆层，所述的油水分离网膜具 有微米尺度的网孔，所述的水凝胶包覆层上有纳米尺寸宽度的突起结构；所述的水凝胶选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚N-异丙基丙烯 酰胺、聚N-乙烯基己内酰胺、聚N-乙基丙烯酰胺、聚N，N- 二甲基丙烯酰胺和聚2-丙烯酰 胺基-2-甲基丙基磺酸所组成的组中的至少一种。2.根据权利要求1所述的具有水下超疏油性质的油水分离网膜，其特征是所述的具 有水下超疏油性质的油水分离网膜在空气中对水的接触角接近0° ；所述的具有水下超疏 油性质的油水分离网膜在水下对油滴的接触角大于150°。3.根据权利要求1或2所述的具有水下超疏油性质的油水分离网膜，其特征是所述 的具有水下超疏油性质的油水分离网膜在水下对油具有小于5微牛的低粘附的特性。4.根据权利要求1所述的具有水下超疏油性质的油水分离网膜，其特征是所述的织 物网是不锈钢、铜、铁或铝金属纤维织物；或者是尼龙、维纶、芳纶、涤纶或腈纶纤维织物。5.根据权利要求1所述的具有水下超疏油性质的油水分离网膜，其特征是所述的微 米尺度的网孔的孔径为30 170微米；所述的微米厚度的水凝胶包覆层的厚度为1 10 微米；所述的纳米尺寸宽度的突起的宽度为200 900纳米。6.一种根据权利要求1 5任意一项所述的具有水下超疏油性质的油水分离网膜的制 备方法，其特征是，该方法包括以下步骤(1)将100 400目的织物网清洗干净，常温下晾干；(2)室温下，将聚合物单体、交联剂、增稠剂和引发剂溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛众鑫，刘明杰，王树涛，宋延林，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]