專利名稱：具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜及其制備方法和用途的制作方法
具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜及其制備方法和用途技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于化學(xué)化工、功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及具有超親水與水下具有超疏 油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
油水分離是一個(gè)在生產(chǎn)生活中具有重大意義的工作，按照油水的含量大體可以分 為含油的污水和含水廢油兩大類，其中含油污水來(lái)源廣泛，如石油泄漏、輪船的壓倉(cāng)水、陸 上開采石油礦石，以及食品、紡織、機(jī)械加工、制革等眾多產(chǎn)業(yè)均會(huì)向環(huán)境中排放大量的含 油污水，含油污水危害人類的健康和安全，污染環(huán)境，甚至破壞生態(tài)平衡。所以如何尋找一 種簡(jiǎn)便高效的方法處理這些污染物，進(jìn)行油水分離成為了一個(gè)人們關(guān)注的課題。
CN1387932A、CN1721030A、CN101518695A 和 CN200910217895. 3 中分別公開了具有 超疏水與超親油功能的油水分離網(wǎng)膜或油水分離網(wǎng)。雖然四種技術(shù)方案都具有油水分離的 效果，但也存在著不同的不足，如制造過(guò)程較為復(fù)雜，有的使用了含氟化合物，有的還需高 溫固化，不適用于大量水中含有少量油的油水混合物的分離等等。
同樣，文獻(xiàn) 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也報(bào)道了可以用來(lái)油水分離的具有超疏水與超親油功能 的網(wǎng)膜，但也存在上述類似的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有在空氣中及水下超親水與在水下超疏油性質(zhì)的油水 分離網(wǎng)膜。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種成本低、速度快、簡(jiǎn)單便捷的具有在空氣中及水 下超親水與在水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜的制備方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供具有在空氣中及水下超親水與在水下超疏油性質(zhì)的 油水分離網(wǎng)膜的用途。
本發(fā)明的具有在空氣中及水下超親水與在水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜是以 100 400目的織物網(wǎng)作為基底，采用光引發(fā)聚合物單體進(jìn)行交聯(lián)聚合的方法，在織物網(wǎng)的 網(wǎng)絲上得到以聚合物單體交聯(lián)聚合形成的水凝膠包覆層，從而得到一種復(fù)合網(wǎng)膜，即本發(fā) 明的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜。
本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜具有特殊的納米與微米的復(fù)合結(jié)構(gòu)微米尺度的網(wǎng)孔，微 米厚度的水凝膠包覆層和水凝膠包覆層上納米尺寸的突起結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜在 空氣中及水下具有超親水性(在空氣中對(duì)水的接觸角接近0° )，在水下對(duì)油滴的接觸角大 于150°，且在水下對(duì)油具有小于5微牛的低粘附的特性。水下對(duì)油滴粘附力的測(cè)量使用的 是高靈敏度微電機(jī)械平衡系統(tǒng)(DataPhySicS，DCAT 11 Germany)。將3微升大小的油滴用 金屬帽固定懸浮于水中，以0. OOSmms-1速度控制油滴與水凝膠表面接觸擠壓，然后恢復(fù)原位，用計(jì)算機(jī)記錄整個(gè)過(guò)程力的變化，并讀出油水分離網(wǎng)膜在水下對(duì)油滴的粘附力。
本發(fā)明的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜是在100 400目的織物網(wǎng)的網(wǎng)絲 上包覆有微米厚度的水凝膠包覆層，所述的油水分離網(wǎng)膜具有微米尺度的網(wǎng)孔(是指包覆 了水凝膠包覆層后的網(wǎng)孔)，網(wǎng)孔隨織物網(wǎng)目數(shù)的增大而響應(yīng)減小，所述的水凝膠包覆層上 有納米尺寸寬度的突起結(jié)構(gòu)。
所述的水凝膠選自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚N-異丙基 丙烯酰胺、聚N-乙烯基己內(nèi)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-甲基丙基磺酸所組成的組中的至少一種。
所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜具有在空氣中(在空氣中對(duì)水的接 觸角接近0° )及水下超親水與在水下超疏油的性質(zhì)。
所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜在水下對(duì)油滴的接觸角大于150°。
所述的織物網(wǎng)是不銹鋼、銅、鐵或鋁金屬纖維織物等；或者是尼龍、維綸、芳綸、滌 綸或腈綸纖維織物等。
所述的微米尺度的網(wǎng)孔的孔徑為30 170微米；所述的微米厚度的水凝膠包覆層 的厚度為ι 10微米；所述的納米尺寸寬度的突起的寬度為200 900納米。
本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜具有穩(wěn)定、分離效率高的性質(zhì)，可以大面積制備和低成本 生產(chǎn)。其是將聚合物單體、交聯(lián)劑、增稠劑、引發(fā)劑混合后，均勻涂覆在由金屬或聚合物纖維 (如尼龍、維綸、芳綸、滌綸或腈綸纖維等)編織成的100 400目的織物網(wǎng)的網(wǎng)絲表面，光 引發(fā)聚合物單體聚合后，在織物網(wǎng)上形成包覆網(wǎng)絲的水凝膠層，水凝膠層的厚度為1 10 微米(如圖Ia所示)。水凝膠層上具有納米尺寸寬度的突起結(jié)構(gòu)(如圖Ib所示)，在吸收 水后發(fā)生溶脹，水凝膠包覆層上的納米尺寸寬度的突起結(jié)構(gòu)間陷入更多的水，且粗糙的微 米與納米復(fù)合結(jié)構(gòu)大大減小了油和網(wǎng)膜的接觸面積，從而獲得具有在空氣中及水下超親水 與在水下超疏油功能的材料，以實(shí)現(xiàn)油水分離的目的。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水在本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜表面的接觸角接近0° (如圖2所 示)，且孔徑較大(30 170微米)，水能輕易的穿過(guò)所述的油水分離網(wǎng)膜；同時(shí)油(如正 己烷、石油醚、二氯乙烷、苯、動(dòng)植物油、柴油、汽油、煤油和原油等)在其表面的接觸角大于 150° (如圖3所示)，即油在本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜表面不浸潤(rùn)而且不能通過(guò)。如將油水 混合物倒入夾有本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜的垂直放置的玻璃管中時(shí)，水能快速通過(guò)，而油被 阻擋在油水分離網(wǎng)膜上方，實(shí)現(xiàn)油水分離的目的。水凝膠層不但具有超親水的性質(zhì)，而且吸 水和保水性能好，使水順利通過(guò)的同時(shí)將油完全的阻擋，從而實(shí)現(xiàn)有效的油水分離，并且具 有穩(wěn)定的油水分離效果。而且水凝膠層對(duì)油滴具有極低的粘附(如圖4)，網(wǎng)孔不易被油滴 堵塞污染，使用后的所述的油水分離網(wǎng)膜清洗方便，可反復(fù)使用。
本發(fā)明的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜的制備方法包括以下步驟
(1)將100 400目的織物網(wǎng)清洗干凈(可分別浸入乙醇和丙酮中超聲進(jìn)行清 洗)，常溫下晾干；
(2)室溫下，將聚合物單體、交聯(lián)劑、增稠劑和引發(fā)劑溶于水中并攪拌均勻，得到 混合溶液；其中，混合溶液中的聚合物單體的含量為20 40wt%、交聯(lián)劑的含量為0. 4 0. 9wt%、增稠劑的含量為0. 2 0. 6wt%、引發(fā)劑的含量為0. 5% 0. 9wt%，余量為水；
(3)將步驟( 得到的混合溶液均勻涂覆在步驟(1)晾干后的織物網(wǎng)的表面；
(4)用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源照射步驟( 涂覆過(guò)混合溶液的織物網(wǎng)進(jìn)行光引 發(fā)聚合(優(yōu)選紫外光源照射進(jìn)行光引發(fā)聚合的反應(yīng)時(shí)間為60 100分鐘)，使聚合物單體 和交聯(lián)劑在引發(fā)劑的作用下發(fā)生交聯(lián)聚合，并在織物網(wǎng)的網(wǎng)絲表面形成包覆網(wǎng)絲的水凝膠 層，得到具有在空氣中及水下超親水與在水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜。
所述的聚合物單體選自丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸鈉、丙烯酸鉀、N-異丙基丙烯酰 胺、N-乙烯基己內(nèi)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 丙基磺酸所組成的組中的至少一種。
所述的水凝膠選自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚N-異丙基 丙烯酰胺、聚N-乙烯基己內(nèi)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-甲基丙基磺酸所組成的組中的至少一種。
所述的交聯(lián)劑為N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺。
所述的增稠劑為聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧化乙烯和羧甲基 纖維素鈉所組成的組中的至少一種。
所述的引發(fā)劑為2，2- 二乙氧基苯乙酮。
本發(fā)明的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜可用于含油污水的油水分離，如可 用于含有食用油、石油原油等含油污水的油水分離。
本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜的制備成本低廉，原料易得，設(shè)備和制作工藝簡(jiǎn)單，可用于 大范圍制備。本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜的水通量大，油水分離速度快，油水分離效果好，適用 于含油量大的污水處理，對(duì)正己烷、石油醚、二氯乙烷、苯、動(dòng)植物油、柴油、汽油、煤油和原 油等均有很好的分離效果。該油水分離網(wǎng)膜無(wú)有毒有害物質(zhì)，環(huán)境友好，易清洗，可重復(fù)利 用，穩(wěn)定性好。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例1制備的油水分離網(wǎng)膜的表面形貌掃描電鏡照片。圖Ia是大 面積掃描電鏡照片，圖Ib是圖Ia水凝膠包覆層表面掃描電鏡的放大照片。
圖2.本發(fā)明實(shí)施例1的在空氣中測(cè)量水滴O微升)在油水分離網(wǎng)膜表面的形狀 照片。
圖3.本發(fā)明實(shí)施例1的在水下測(cè)量植物油滴O微升)在油水分離網(wǎng)膜表面的形 狀照片。
圖4.本發(fā)明實(shí)施例1的在水下測(cè)量植物油滴(3微升)對(duì)油水分離網(wǎng)膜表面粘附 力的示意圖。
圖5.本發(fā)明實(shí)施例1制備的油水分離網(wǎng)膜用于分離油與水的實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)效 果照片。
附圖標(biāo)記
1.油水分離網(wǎng)膜 2.油與水的混合物
3.分離后的油 4.分離后的油(左)和水(右)具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.
(1)將300目的不銹鋼絲網(wǎng)分別浸入乙醇和丙酮中各超聲清洗5分鐘，常溫下晾 干；
(2)室溫下，在50ml錐形瓶中加入20ml水，6g丙烯酰胺，0. 24g N, N，-亞甲基雙 丙烯酰胺，0. Ig聚丙烯酰胺和0. 18g 2，2_ 二乙氧基苯乙酮，磁力攪拌混合均勻，得到混合 溶液；
(3)將步驟( 得到的混合溶液均勻涂覆在步驟(1)晾干后的不銹鋼絲網(wǎng)的表
(4)用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源照射步驟(3)涂覆過(guò)混合溶液的不銹鋼絲網(wǎng)90分 鐘，使丙烯酰胺單體和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑在引發(fā)劑2，2_ 二乙氧基苯乙酮的 作用下發(fā)生交聯(lián)聚合，并在不銹鋼絲網(wǎng)的鋼絲表面形成厚度為2微米的聚丙烯酰胺水凝膠 層(如圖Ia所示)，在該聚丙烯酰胺水凝膠包覆層上具有200 900納米尺寸寬度的突起 狀結(jié)構(gòu)(如圖Ib所示)，得到具有在空氣中及水下超親水與在水下超疏油性質(zhì)的油水分離 網(wǎng)膜，所得油水分離網(wǎng)膜具有孔徑約為45微米的網(wǎng)孔(如圖Ia所示)；
(5)在空氣中測(cè)量步驟(4)得到的油水分離網(wǎng)膜對(duì)2微升水滴的接觸角接近 0° (如圖2所示)；將步驟(4)得到油水分離網(wǎng)膜浸泡在水中10分鐘，水下測(cè)量該油水分 離網(wǎng)膜表面對(duì)2微升植物油的接觸角大于150° (如圖3所示)；水下測(cè)量該油水分離網(wǎng)膜 表面對(duì)3微升植物油具有小于5微牛的低粘附的特性(如圖4所示)。水下對(duì)植物油滴粘 附力的測(cè)量使用的是高靈敏度微電機(jī)械平衡系統(tǒng)(DataPhysics，DCAT 11 Germany)。將3 微升大小的植物油滴用金屬帽固定懸浮于水中，以0. OOSmms-1速度控制植物油滴與聚丙烯 酰胺水凝膠表面接觸擠壓，然后恢復(fù)原位，用計(jì)算機(jī)記錄整個(gè)過(guò)程力的變化，并讀出油水分 離網(wǎng)膜在水下對(duì)植物油滴的粘附力。
(6)利用圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行油水分離實(shí)驗(yàn)。將上述得到的油水分離網(wǎng)膜1 夾在夾具中間，兩端接進(jìn)料玻璃管和出料玻璃管，將植物油與水的混合物2(體積比1 1， 磁力攪拌20分鐘，油滴粒徑25 35微米)通過(guò)上方進(jìn)料玻璃管倒在上述油水分離網(wǎng)膜上， 聚丙烯酰胺水凝膠層吸水后發(fā)生溶脹，水穿過(guò)油水分離網(wǎng)膜并從下方出料玻璃管流出，同 時(shí)植物油被阻擋在油水分離網(wǎng)膜的上端，得到分離后的油3，實(shí)現(xiàn)分離油水混合物的目的， 如圖5中的分離后的油(左)和水(右)4所示。
實(shí)施例2.
(1) 100目的銅網(wǎng)分別浸入乙醇和丙酮中各超聲清洗5分鐘，常溫下晾干；
(2)室溫下，在50ml錐形瓶中加入20ml水，5. 5g丙烯酸，0. Ig N，N’-亞甲基雙丙 烯酰胺，0. 15g聚乙烯醇和0. 15g 2，2-二乙氧基苯乙酮，磁力攪拌混合均勻；
(3)將步驟( 得到的混合溶液均勻涂覆在步驟(1)晾干后的銅網(wǎng)表面；
(4)用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源照射步驟(3)涂覆過(guò)混合溶液的銅網(wǎng)60分鐘，使 丙烯酸單體和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑在引發(fā)劑2，2_ 二乙氧基苯乙酮的作用下發(fā) 生交聯(lián)聚合，在銅網(wǎng)的銅絲表面形成厚度為9. 5微米的聚丙烯酸水凝膠層，在該聚丙烯酸 水凝膠包覆層上具有300 900納米寬度的突起狀結(jié)構(gòu)，得到具有在空氣中及水下超親水 與在水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜，所得油水分離網(wǎng)膜具有孔徑約為170微米的網(wǎng)孔；
(5)在空氣中測(cè)量步驟(4)得到油水分離網(wǎng)膜對(duì)2微升水滴的接觸角接近0° ； 將步驟(4)得到油水分離網(wǎng)膜浸泡在水中10分鐘，水下測(cè)量該網(wǎng)膜表面對(duì)2微升正己烷的接觸角大于150°。水下測(cè)量該油水分離網(wǎng)膜表面對(duì)3微升正己烷具有小于5微牛的 低粘附的特性。水下對(duì)正己烷油滴粘附力的測(cè)量使用的是高靈敏度微電機(jī)械平衡系統(tǒng) (DataPhysics,DCAT 11 Germany)。將3微升大小的正己烷油滴用金屬帽固定懸浮于水中， 以0. OOSmms-1速度控制油滴與聚丙烯酸水凝膠表面接觸擠壓，然后恢復(fù)原位，用計(jì)算機(jī)記 錄整個(gè)過(guò)程力的變化，并讀出油水分離網(wǎng)膜在水下對(duì)正己烷油滴的粘附力。
(6)利用圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行油水分離實(shí)驗(yàn)。將上述得到的油水分離網(wǎng)膜夾 在夾具中間，兩端接進(jìn)料玻璃管和出料玻璃管，將正己烷與水的混合物(體積比3 7，磁力 攪拌20分鐘，油滴粒徑20 35微米)通過(guò)上方進(jìn)料玻璃管倒在上述油水分離網(wǎng)膜上，丙 烯酸水凝膠層吸水后發(fā)生溶脹，水穿過(guò)油水分離網(wǎng)膜并從下方出料玻璃管流出，同時(shí)正己 烷被阻擋在油水分離網(wǎng)膜的上端，得到分離后的油，實(shí)現(xiàn)分離油水混合物的目的。
實(shí)施例3.
(1)將400目的尼龍網(wǎng)分別浸入乙醇和丙酮中各超聲清洗5分鐘，常溫下晾干；
(2)室溫下，在50ml錐形瓶中加入20ml水，13g N-乙基丙烯酰胺，0. 21gN，N’_亞 甲基雙丙烯酰胺，0.09g聚乙烯吡咯烷酮和0.3g 2，2_ 二乙氧基苯乙酮，磁力攪拌混合均 勻。
(3)將步驟(2)得到的混合溶液均勻涂覆在步驟(1)晾干后的尼龍網(wǎng)的表面；
(4)用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源照射步驟(3)涂覆過(guò)混合溶液的銅網(wǎng)100分鐘， 使N-乙基丙烯酰胺單體和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑在引發(fā)劑2，2_ 二乙氧基苯乙 酮的作用下發(fā)生交聯(lián)聚合，在尼龍纖維表面形成厚度為1. 5微米的聚N-乙基丙烯酰胺水凝 膠層，在該聚N-乙基丙烯酰胺水凝膠包覆層上具有250 550納米寬度的突起狀結(jié)構(gòu)，得 到具有在空氣中及水下超親水與在水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜，所得油水分離網(wǎng)膜具 有直徑約為30微米的網(wǎng)孔；
(5)在空氣中測(cè)量步驟⑷得到油水分離網(wǎng)膜對(duì)2微升水滴的接觸角接近0° ；將 步驟(4)得到油水分離網(wǎng)膜浸泡在水中10分鐘，水下測(cè)量該油水分離網(wǎng)膜表面對(duì)原油的接 觸角大于150°。水下測(cè)量該油水分離網(wǎng)膜表面對(duì)3微升原油具有小于5微牛的低粘附的 特性。水下對(duì)原油油滴粘附力的測(cè)量使用的是高靈敏度微電機(jī)械平衡系統(tǒng)(DataPhysics， DCAT 11 Germany)。將3微升大小的原油油滴用金屬帽固定懸浮于水中，以0. OOSmrns—1速 度控制原油油滴與聚N-乙基丙烯酰胺水凝膠表面接觸擠壓，然后恢復(fù)原位，用計(jì)算機(jī)記錄 整個(gè)過(guò)程力的變化，并讀出油水分離網(wǎng)膜在水下對(duì)原油油滴的粘附力。
(6)利用圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行油水分離實(shí)驗(yàn)。將上述得到的油水分離網(wǎng)膜 夾在夾具中間，兩端接進(jìn)料玻璃管和出料玻璃管，將原油與水的混合物(體積比2 3，磁 力攪拌10分鐘，油滴粒徑30 50微米)通過(guò)上方進(jìn)料玻璃管倒在上述油水分離網(wǎng)膜上， 聚N-乙基丙烯酰胺水凝膠層吸水后發(fā)生溶脹，水穿過(guò)油水分離網(wǎng)膜并從下方出料玻璃管 流出，同時(shí)原油被阻擋在油水分離網(wǎng)膜的上端，得到分離后的油，實(shí)現(xiàn)分離油水混合物的目 的。
實(shí)施例4.
(1)將200目的腈綸網(wǎng)分別浸入乙醇和丙酮中各超聲清洗5分鐘，常溫下晾干；
(2)室溫下，在50ml錐形瓶中加入20ml水，5gN_乙烯基己內(nèi)酰胺，3g 2_丙烯酰 胺基-2-甲基丙基磺酸，0. 14g N, N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，0. 16g羧甲基纖維素鈉和0. 22g2，2_ 二乙氧基苯乙酮，磁力攪拌混合均勻。
(3)將步驟⑵得到的混合溶液均勻涂覆在步驟(1)晾干后的腈綸網(wǎng)的表面；
(4)用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源照射步驟(3)涂覆過(guò)混合溶液的腈綸網(wǎng)100分鐘， 使N-乙烯基己內(nèi)酰胺單體、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸單體和N，N’ -亞甲基雙丙烯 酰胺交聯(lián)劑在引發(fā)劑2，2-二乙氧基苯乙酮的作用下發(fā)生交聯(lián)聚合，在腈綸纖維表面形成 厚度為2. 0微米的聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共聚水凝膠 層，在該聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共聚水凝膠包覆層上 具有200 550納米寬度的突起狀結(jié)構(gòu)，得到具有在空氣中及水下超親水與在水下超疏油 性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜，所得油水分離網(wǎng)膜具有直徑約為80微米的網(wǎng)孔；
(5)空氣中測(cè)量步驟(4)得到油水分離網(wǎng)膜對(duì)2微升水滴的接觸角接近0° ；將 步驟(4)得到油水分離網(wǎng)膜浸泡在水中10分鐘，水下測(cè)量該油水分離網(wǎng)膜表面對(duì)柴油的接 觸角大于150°。水下測(cè)量該油水分離網(wǎng)膜表面對(duì)3微升柴油具有小于5微牛的低粘附的 特性。水下對(duì)柴油油滴粘附力的測(cè)量使用的是高靈敏度微電機(jī)械平衡系統(tǒng)(DataPhysics， DCAT 11 Germany)。將3微升大小的柴油油滴用金屬帽固定懸浮于水中，以0. OOSmrns—1速 度控制柴油油滴與聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共聚水凝膠 表面接觸擠壓，然后恢復(fù)原位，用計(jì)算機(jī)記錄整個(gè)過(guò)程力的變化，并讀出油水分離網(wǎng)膜在水 下對(duì)柴油油滴的粘附力。
(6)用圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行油水分離實(shí)驗(yàn)。將上述得到的油水分離網(wǎng)膜夾在 夾具中間，兩端接進(jìn)料玻璃管和出料玻璃管，將柴油與水的混合物(體積比2 3，磁力攪拌 10分鐘，油滴粒徑30 40微米)通過(guò)上方進(jìn)料玻璃管倒在上述油水分離網(wǎng)膜上，聚N-乙 烯基己內(nèi)酰胺和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共聚水凝膠層吸水后發(fā)生溶脹，水穿過(guò) 油水分離網(wǎng)膜并從下方出料玻璃管流出，同時(shí)柴油被阻擋在油水分離網(wǎng)膜的上端，得到分 離后的油，實(shí)現(xiàn)分離油水混合物的目的。
權(quán)利要求
1.一種具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜，其特征是所述的油水分離網(wǎng)膜是在 100 400目的織物網(wǎng)的網(wǎng)絲上包覆有微米厚度的水凝膠包覆層，所述的油水分離網(wǎng)膜具 有微米尺度的網(wǎng)孔，所述的水凝膠包覆層上有納米尺寸寬度的突起結(jié)構(gòu)；所述的水凝膠選自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚N-異丙基丙烯 酰胺、聚N-乙烯基己內(nèi)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-甲基丙基磺酸所組成的組中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜，其特征是所述的具 有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜在空氣中對(duì)水的接觸角接近0° ；所述的具有水下超疏 油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜在水下對(duì)油滴的接觸角大于150°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜，其特征是所述 的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜在水下對(duì)油具有小于5微牛的低粘附的特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜，其特征是所述的織 物網(wǎng)是不銹鋼、銅、鐵或鋁金屬纖維織物；或者是尼龍、維綸、芳綸、滌綸或腈綸纖維織物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜，其特征是所述的微 米尺度的網(wǎng)孔的孔徑為30 170微米；所述的微米厚度的水凝膠包覆層的厚度為1 10 微米；所述的納米尺寸寬度的突起的寬度為200 900納米。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1 5任意一項(xiàng)所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜的制 備方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)將100 400目的織物網(wǎng)清洗干凈，常溫下晾干；(2)室溫下，將聚合物單體、交聯(lián)劑、增稠劑和引發(fā)劑溶于水中并攪拌均勻，得到混 合溶液；其中，混合溶液中的聚合物單體的含量為20 40wt%、交聯(lián)劑的含量為0. 4 0. 9wt%、增稠劑的含量為0. 2 0. 6wt%、引發(fā)劑的含量為0. 5% 0. 9wt%，余量為水；(3)將步驟( 得到的混合溶液均勻涂覆在步驟(1)晾干后的織物網(wǎng)的表面；(4)用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源照射步驟( 涂覆過(guò)混合溶液的織物網(wǎng)進(jìn)行光引發(fā)聚 合，在織物網(wǎng)的網(wǎng)絲表面形成包覆網(wǎng)絲的水凝膠層，得到具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離 網(wǎng)膜；所述的聚合物單體選自丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸鈉、丙烯酸鉀、N-異丙基丙烯酰胺、 N-乙烯基己內(nèi)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 基磺酸所組成的組中的至少一種；所述的水凝膠選自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚N-異丙基丙烯 酰胺、聚N-乙烯基己內(nèi)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-甲基丙基磺酸所組成的組中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是所述的交聯(lián)劑為N，N’-亞甲基雙丙烯 酰胺；所述的引發(fā)劑為2，2-二乙氧基苯乙酮。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是所述的增稠劑為聚丙烯酰胺、聚乙烯 醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧化乙烯和羧甲基纖維素鈉所組成的組中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是所述的光引發(fā)聚合的反應(yīng)時(shí)間為60 100分鐘。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜的用途，其特征是所述的具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜用于含油污水的油水分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有水下超疏油性質(zhì)的油水分離網(wǎng)膜及其制備方法和用途。本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜是以100～400的目織物網(wǎng)作為基底，采用光引發(fā)聚合的方法，在織物網(wǎng)的網(wǎng)絲上得到以聚合物單體交聯(lián)聚合形成的水凝膠包覆層，從而得到本發(fā)明的網(wǎng)膜。本發(fā)明的油水分離網(wǎng)膜具有在空氣中及水下超親水和在水下超疏油的性質(zhì)，在水下對(duì)油滴的接觸角大于150°，而且具有對(duì)油滴低粘附的特性。本發(fā)明的網(wǎng)膜可應(yīng)用于含油污水處理、化學(xué)分離和環(huán)境保護(hù)等方面。用該網(wǎng)膜進(jìn)行油水分離具有分離效果好、分離速度快、低成本、低能耗、方便、無(wú)需其他化學(xué)添加劑、網(wǎng)膜易回收多次重復(fù)利用、可用于大范圍制備可等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D17/022GK102029079SQ20101053151
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉明杰, 宋延林, 江雷, 王樹濤, 薛眾鑫 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所