基于浸潤性差異的有機液體分離網(wǎng)膜制備方法及用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學(xué)化工、功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于浸潤性差異的有機液體 分離網(wǎng)膜制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 有機液體分離是一個與人類日常生活生產(chǎn)緊密相連的課題，涉及到石油化工、紡 織印染、制藥、制革、機械加工等眾多行業(yè)。這些液體混合物如果處理不當，會嚴重污染環(huán) 境、破環(huán)生態(tài)平衡、危害人類安全。目前，有機液體之間的分離，一般采用蒸餾法或滲透氣化 法。這兩種方法雖然能達到有效分離的目的，但是都需要投入大型設(shè)備，耗時長、成本高。如 何快速高效地分離有機液體，是當前一項亟待解決的任務(wù)。
[0003] 中國發(fā)明專利 CN103263787B、CN102029079B、CN102961893B 和 CN103316507B 中公 開的油水分離網(wǎng)膜對油和水表現(xiàn)出明顯相反的浸潤性，即親水疏油或者疏水親油。這些網(wǎng) 膜具有的對水和油的截然相反的浸潤性，使得水穿透網(wǎng)膜而油被網(wǎng)膜截留，或者油穿透網(wǎng) 膜而水被網(wǎng)膜截留，從而實現(xiàn)了快速得分離油水混合物。遺憾的是，這些油水分離網(wǎng)膜對于 有機液體卻表現(xiàn)出相似的浸潤性，無法實現(xiàn)有機液體之間的分離。而且絕大多數(shù)網(wǎng)膜材料 存在不耐有機溶劑的問題，極大限制了有機液體分離技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。
[0004] 同樣，非專利文獻 Angew. Chem. Int. Ed. 2004,43,2012 ; Adv. Mater. 2013， 25,2071;Nat. Commun. 2013,4,2276;Angew. Chem. Int. Ed. 2015,54,4527報道的油水 分離網(wǎng)膜也存在類似的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供基于浸潤性差異的有機液體分離網(wǎng)膜。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種成本低、速度快、簡單便捷的基于浸潤性差異的 有機液體分離網(wǎng)膜的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的再一目的在于提供基于浸潤性差異的有機液體分離網(wǎng)膜的用途。
[0008] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種有機液體分離網(wǎng)膜，包括由多孔網(wǎng)膜所形成的基底，以及采用表面接枝方法在所 述基底上修飾的烷基分子包覆層，其中： 所述的多孔網(wǎng)膜是無機氧化物纖維網(wǎng)膜； 所述烷基分子包覆層是在所述無機氧化物纖維網(wǎng)膜上修飾的一系列不同長度的碳鏈 分子： 所述的有機液體分離網(wǎng)膜具有微米尺度網(wǎng)孔。
[0009] 本發(fā)明的基于浸潤性差異的有機液體分離網(wǎng)膜，是以無機氧化物纖維網(wǎng)膜為基 底，通過表面化學(xué)反應(yīng)在無機網(wǎng)膜基底上修飾不同長度的碳鏈分子，得到對有機液體具有 浸潤性差異的網(wǎng)膜。
[0010] 本發(fā)明的有機液體分離網(wǎng)膜的浸潤性差異取決于網(wǎng)膜表面修飾分子的碳鏈長度。 不同長度碳鏈分子修飾的表面具有不同的表面能，因此，有機液體在網(wǎng)膜上表現(xiàn)出不同的 浸潤行為，即親液或疏液。
[0011] 所述的網(wǎng)膜是靜電紡絲法制備的無機纖維網(wǎng)膜。
[0012] 所述的表面化學(xué)反應(yīng)是氣相法或者溶液法。
[0013] 所述的不同長度碳鏈分子是帶官能團的各種硅烷偶聯(lián)劑。
[0014] 本發(fā)明的有機液體分離網(wǎng)膜具有穩(wěn)定性好、分離效率高的特點，可以大面積制備 和低成本生產(chǎn)。具有不同碳鏈長度的硅烷偶聯(lián)劑，通過氣相法或者溶液法，修飾到無機氧化 物纖維網(wǎng)膜上。無機氧化物纖維網(wǎng)膜具有微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，修飾了不同長度碳鏈分子后，這 種無機氧化物網(wǎng)膜對有機液體具有顯著的浸潤性差異，表面張力值較低的液體在網(wǎng)膜上表 現(xiàn)出親液特性，即，在網(wǎng)膜上鋪展浸潤，能滲透穿過網(wǎng)膜；表面張力值較高的液體在網(wǎng)膜上 表現(xiàn)出疏液特性，即，液體不能浸潤網(wǎng)膜，被網(wǎng)膜截留，從而實現(xiàn)分離具有不同表面張力的 有機液體。
[0015] 實驗結(jié)果表明，柴油具有較低的表面張力值（27. 7達因/厘米)，在本發(fā)明的有機 液體分離網(wǎng)膜表面的接觸角約為0°，能迅速穿過所述的有機液體分離網(wǎng)膜；而甲酰胺(表 面張力值為58. 4達因/厘米)、二甲基亞砜(表面張力值為42. 1達因/厘米)、N，N-二甲基 甲酰胺(表面張力值為35. 8達因/厘米)等具有較高的表面張力值，在網(wǎng)膜表面的接觸角大 于120°，不能通過所述的有機液體分離網(wǎng)膜。如將柴油和甲酰胺混合物倒入夾有本發(fā)明所 述的有機液體分離網(wǎng)膜的玻璃裝置中時，柴油具有較低的表面張力值（27. 7達因/厘米)， 能快速通過有機液體分離網(wǎng)膜，而甲酰胺具有較高的表面張力值（58. 4達因/厘米)，被有 機液體分離網(wǎng)膜截留，實現(xiàn)混合非均相有機液體分離的目的。該有機液體分離網(wǎng)膜性能穩(wěn) 定，清洗方便，可重復(fù)使用。
[0016] 本發(fā)明所述的有機液體分離網(wǎng)膜制備分為： (1) 無機氧化物纖維網(wǎng)膜制備，具體步驟如下： ① 將聚合物溶于有機溶劑中，攪拌，使之完全溶解，得到穩(wěn)定透明的聚合物溶液；再用 酸溶液調(diào)節(jié)聚合物溶液的pH值，優(yōu)選的pH值為3. 0 ;然后加入氧化物溶膠的前驅(qū)體，攪拌， 使之形成均勻穩(wěn)定的氧化物溶膠； ② 采用靜電紡絲法，在電場力作用下，將上述步驟（1)中形成的穩(wěn)定氧化物溶膠靜電紡 絲形成纖維網(wǎng)膜； ③ 將步驟②中得到的纖維網(wǎng)膜，50~80°C，保持6~12小時；然后以每分鐘5~KTC 的升溫速度，升溫到500~700°C，保持6~12小時，自然冷卻。得到無機氧化物纖維網(wǎng)膜； (2) 在硅鈦復(fù)合氧化物纖維網(wǎng)膜上，通過化學(xué)法表面修飾不同碳鏈長度的硅烷，得到不 同浸潤性的液體分離網(wǎng)膜。具體步驟如下： ① 將硅烷偶聯(lián)劑滴入無水溶劑中，濃度為〇. 4~0. 9wt%。然后將新制備的無機氧化物 纖維膜浸沒到含硅烷偶聯(lián)劑的無水溶液中，放于密閉容器中，溫度為20~60°C，保持12~ 24小時； ② 將無機氧化物纖維網(wǎng)膜從含硅烷偶聯(lián)劑的無水溶液中取出，用丙酮、乙醇清洗，自然 晾干，得到液體分離網(wǎng)膜。
[0017] 步驟（1)中所述的聚合物為聚醚（P123、F68和F127)、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚甲 基丙烯酸甲酯（PMMA)和聚氧乙烯（PEO); 步驟（1)中所述的有機溶劑為甲醇、乙醇及異丙醇； 步驟（1)中所述的酸溶液為鹽酸、硫酸、硝酸、醋酸； 步驟（1)中所述的氧化物溶膠前驅(qū)體為異丙醇鈦、正硅酸四乙酯、鈦酸四丁酯、鋯酸四 丁酯、異丙醇鋁； 步驟（1)中所述的氧化物溶膠為硅鈦復(fù)合溶膠、硅鋯復(fù)合溶膠、硅鋁復(fù)合溶膠； 步驟（2)中所述的硅烷偶聯(lián)劑為碳鏈長度Ci~C 18的氯硅烷偶聯(lián)劑、甲氧基硅烷偶聯(lián) 劑、乙氧基硅烷偶聯(lián)劑； 步驟（2)中所述的無水溶劑為乙醇、苯、甲苯、二甲苯。
[0018] 本發(fā)明的基于浸潤性差異的有機液體分離網(wǎng)膜可用于有機液體之間的分離。
[0019] 本發(fā)明的有機液體分離網(wǎng)膜制備方法簡單、原料易得、成本低廉、應(yīng)用廣泛。本發(fā) 明的有機液體分離網(wǎng)膜分離速度快、分離效果好，對甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷、 二甲基亞砜、柴油、甲醇、乙二醇、石油醚、氯仿、四氯化碳、汽油、原油、離子液體等均有良好 的分離效果。該有機液體分離網(wǎng)膜性能穩(wěn)定、易于清洗、可重復(fù)使用。
【附圖說明】
[0020] 圖1.本發(fā)明實施例1制備的有機液體分離網(wǎng)膜的表面形貌掃描電鏡照片。
[0021] 圖2.本發(fā)明實施例1的在空氣中測量二碘甲烷、甲酰胺、乙二醇和正己烷液滴（3 微升）在有機液體分離網(wǎng)膜表面的浸潤行為的形狀照片。
[0022] 圖3.本發(fā)明實施例1制備的有機液體分離網(wǎng)膜用于分離甲酰胺和四氯化碳的實 驗裝置與實驗效果照片。
[0023] 附圖中各個標記的含義如下： al.二碘甲烷，a2.甲酰胺，a3.乙