一種具有優(yōu)異抗污能力的油水分離纖維膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種抗污染大通量的纖維油水分離膜及其制備方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。我們選取了聚丙烯腈和氧化石墨烯作為制備原料，通過靜電紡絲技術(shù)和堿處理方法制備了水解聚丙烯腈和氧化石墨烯復合纖維膜。該纖維膜的纖維具有很多紡錘狀節(jié)點，這些節(jié)點由氧化石墨烯誘發(fā)。此外，對纖維膜堿處理，提升膜的親水性。對纖維膜形貌和表面親水性的雙重調(diào)控，顯著增加了膜的油水乳液分離效率和抗污性能。該分離膜制備方法簡單易行、安全環(huán)保，在含油廢水處理方面具有很好的應(yīng)用價值和市場前景。
【專利說明】
一種具有優(yōu)異抗污能力的油水分離纖維膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種抗污油水分離材料，具體涉及一種抗污染、大通量的纖維油水分離膜及其制備方法，屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，工業(yè)的進步，世界各國對各類油品的需求量迅速增長。在油品開采、運輸和使用的過程中，排放大量的含油污水，含油污水的直接排放會對環(huán)境和人類健康造成嚴重危害。因此，含油污水的有效處理，對環(huán)境保護、油類回收及水循環(huán)利用意義重大。油水分離膜，利用膜孔徑的篩分及膜材料與物質(zhì)的潤濕性差異，可對含油污水進行簡單、高效的分離，進而解決含油污水對環(huán)境污染嚴重的問題。但是，油水分離膜在使用過程中，由于油滴在膜表面和孔道內(nèi)部的粘附堆積，致使膜通量快速下降，嚴重影響膜的使用壽命，制約了油水分離膜的推廣使用。研發(fā)具有優(yōu)異抗污能力的油水分離膜材料具有重大的意義。
[0003]最近研究表明，適當?shù)卣{(diào)控膜表面形貌和增加材料的親水性，可以顯著地增強膜的抗污性。孟建強等人通過對商品聚偏氟乙烯膜表面改性，增強了膜表面的親水性，使膜具有高抗污性可以在高濃度油水分離條件下長時間運行(公開號CN 104313796A)。張峰等人通過堿誘發(fā)聚丙烯腈相轉(zhuǎn)化制備了羧基化聚丙烯腈油水分離膜。該膜具有超親水性和低的油粘附性，可以對油水乳液實現(xiàn)快速分離，且分離后流量恢復率高達85% (Journal ofMembrane Science,2016,513:67-73)。上述油水分離膜對油水混合物具有較好分離效果，具有一定的抗污能力。但是這些膜的制備和修飾過程較復雜，并且膜的水通量不高。此外，上述分離膜抗污性能的提高是通過單一調(diào)節(jié)膜表面的化學組成，提升程度有限。因此我們亟需找到一種制備通量高，抗污能力好的油水分離膜的方法。
[0004]我們選取了聚丙烯腈和氧化石墨烯作為反應(yīng)的原材料，通過靜電紡絲技術(shù)和堿處理方法制備了水解聚丙烯腈和氧化石墨烯復合多孔纖維膜。組成該纖維膜的纖維具有很多紡錘狀節(jié)點，這些節(jié)點由氧化石墨烯誘發(fā)。然后，對該多孔纖維膜進行堿處理，對纖維表面水解，增加膜的親水性。纖維膜的形貌和親水性可以通過氧化石墨烯濃度和堿處理強度分別調(diào)控。經(jīng)檢測該多孔纖維膜具有很好的油水乳液分離能力和非常優(yōu)異的抗污性能。聚丙烯腈化學性質(zhì)穩(wěn)定，價格低廉，是很好的多孔纖維膜材料;氧化石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)，且表面和邊緣含油豐富的含氧官能團，易于分散。水解聚丙烯腈和氧化石墨烯復合多孔纖維膜可以對油水乳液進行分離，且分離效果好、力學強度高，并且制備方法簡單易行、安全環(huán)保，具有很好的應(yīng)用價值和市場前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是采用一種簡單、環(huán)保的方法制備一種可分離油水乳液，且分離效果好，力學強度高，不易受污染的油水乳液分離膜。
[0006]下面以聚丙烯腈和氧化石墨烯為例說明本發(fā)明的實現(xiàn)過程。我們選取了聚丙烯腈和氧化石墨烯作為反應(yīng)的原材料，通過靜電紡絲技術(shù)和堿處理方法制備了水解聚丙烯腈和氧化石墨烯復合多孔纖維膜。聚丙烯腈化學性質(zhì)穩(wěn)定，是很好的多孔纖維膜支撐材料;聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇二丙烯酸酯均具有良好的親油親水性，可以增強膜的分離性能;氧化石墨烯具有獨特的二維結(jié)構(gòu)，且表面和邊緣含油豐富的含氧官能團，易于分散。水解聚丙烯腈和氧化石墨烯復合多孔纖維膜可以對油水乳液進行分離，且分離效果好、力學強度高，并且制備方法簡單易行、安全環(huán)保，其通過以下具體步驟實現(xiàn):
[0007](I)將聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺溶液中，常溫下攪拌6小時。再把氧化石墨烯超聲分散到二甲基甲酰胺中，濃度為30mg/mL。將聚丙烯腈和氧化石墨烯的溶液混合到一起，按照聚丙烯腈和氧化石墨烯的質(zhì)量比10:1。將混合物在常溫下磁力攪拌6小時，得到均勻混合溶液。
[0008](2)注射器內(nèi)吸入步驟(I)得到的均勻混合溶液，并安裝20號針頭。將注射器裝入靜電紡絲設(shè)備的注射栗中，調(diào)整注射栗的推進速度為I毫升每小時，調(diào)整針頭到轉(zhuǎn)輥接收器的距離為8?15厘米。在轉(zhuǎn)輥接收器上覆蓋一層錫箔紙，調(diào)整轉(zhuǎn)輥接收器轉(zhuǎn)動速度為60?100轉(zhuǎn)每分鐘。將高壓電源的正高壓接于注射器針頭，調(diào)整電壓為15?20千伏，將高壓電源的負高壓接于轉(zhuǎn)輥接收器，調(diào)整電壓為-1?-2千伏。
[0009](3)啟動注射栗系統(tǒng)，在40°C條件下紡絲2小時，紡絲完成后從轉(zhuǎn)輥接收器上揭下錫箔紙和多孔纖維膜，將其在80°C條件下干燥6小時。干燥后將多孔纖維膜從錫箔紙上揭下。
[0010](4)將步驟(3)得到的多孔纖維膜放入10毫摩爾每升的氫氧化鈉溶液中，在40?50°C條件下浸泡5小時。取出后放入I毫摩爾每升的稀鹽酸中，在40?50°C條件下浸泡I小時。取出后用去離子水沖洗，在再60°C下干燥5小時。
[0011]本發(fā)明采用一種簡單、環(huán)保的方法制備了可分離油水乳液，且分離效果好，力學強度高，不易受污染的多孔纖維膜，在含油污水處理方面具有巨大應(yīng)用價值。
【附圖說明】
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[0012]附圖1為依據(jù)本發(fā)明所提供的多孔纖維膜的掃描電子顯微鏡圖片。
[0013]附圖2為依據(jù)本發(fā)明所提供的多孔纖維膜不同時刻水接觸角圖片。
[0014]附圖3為油水乳液經(jīng)過該材料分離前后對比圖。
【具體實施方式】
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[0015]下面結(jié)合附圖和實施例來詳細描述本發(fā)明。
[0016]實施例1，取5毫升二甲基甲酰胺溶液，將0.525克聚丙烯腈加入到二甲基甲酰胺溶液中，在常溫下磁力攪拌6小時，得到均勻混合溶液。取5毫升二甲基甲酰胺溶液，將150克氧化石墨烯加入到二甲基甲酰胺溶液中，在超聲分散2小時，得到均勻混合溶液。向聚丙烯腈溶液中加入I.75毫升的氧化石墨烯分散液，磁力攪拌6小時，得到均勻混合溶液。5毫升注射器內(nèi)吸入3毫升溶液，并安裝20號針頭，將注射器裝入靜電紡絲設(shè)備的注射栗中，調(diào)整注射栗的推進速度為I毫升每小時，調(diào)整針頭到接收器的距離為8?15厘米。在轉(zhuǎn)輥接收器上覆蓋一層錫箔紙，調(diào)整接收器轉(zhuǎn)動速度為60轉(zhuǎn)每分鐘。將高壓電源的正高壓接于注射器針頭，調(diào)整電壓為18千伏，將高壓電源的負高壓接于轉(zhuǎn)輥接收器，調(diào)整電壓為-1.5千伏。啟動注射栗系統(tǒng)，在40°C條件下紡絲2小時，紡絲完成后從轉(zhuǎn)輥接收器上揭下錫箔紙和多孔纖維膜，將其在80°C條件下干燥6小時。干燥后將多孔纖維膜從錫箔紙上揭下。將干燥好的多孔纖維膜放入10毫摩爾每升的氫氧化鈉溶液中，在40°C條件下浸泡5小時。取出后放入I毫摩爾每升的稀鹽酸中，在40°C條件下浸泡I小時。取出后用去離子水沖洗，在再60°C下干燥5小時。
[0017]將最終干燥好的多孔纖維膜安裝到溶液過濾器，在0.1bar壓力下，倒入去離子水，測量純水通量F1。然后，在0.1bar壓力下，倒入潤滑油乳液，測量滲透水通量F，F(xiàn)高達3700升每平方米每小時。測試結(jié)束后去離子水沖洗膜表面截留的潤滑油，在倒入去離子水，測量純水通量F2。通常FAtF1的值為流量恢復速率，測得流量恢復速率高達90 %。
[0018]圖1給出了多孔纖維膜的掃描電子顯微鏡圖片，從圖中可以看到，在纖維表面有明顯的節(jié)點結(jié)構(gòu)，纖維直徑約為3 O O?5 O O納米。
[0019]圖2給出了多孔纖維膜不同時刻水接觸角圖片，從圖中可以看到，纖維膜具有非常好的超親水性，可以實現(xiàn)快速潤濕。
[0020]圖3為油水乳液經(jīng)過該材料分離前后對比圖，發(fā)現(xiàn)分離前后乳液顏色發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變，表明多孔纖維膜對乳液有優(yōu)異的分離效果。
【主權(quán)項】
1.一種具有優(yōu)異抗污性能的纖維油水分離膜，具體通過以下方法獲得: (1)將聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺溶液中，常溫下攪拌6小時，再把氧化石墨烯超聲分散到二甲基甲酰胺中，濃度為30mg/mL，將聚丙烯腈和氧化石墨烯的溶液混合到一起，按照聚丙烯腈和氧化石墨烯的質(zhì)量比10:1，將混合物在常溫下磁力攪拌6小時，得到均勻混合溶液； (2)注射器內(nèi)吸入步驟(I)得到的均勻混合溶液，并安裝20號針頭，將注射器裝入靜電紡絲設(shè)備的注射栗中，調(diào)整注射栗的推進速度為I毫升每小時，調(diào)整針頭到轉(zhuǎn)輥接收器的距離為8?15厘米，在轉(zhuǎn)輥接收器上覆蓋一層錫箔紙，調(diào)整轉(zhuǎn)輥接收器轉(zhuǎn)動速度為60?100轉(zhuǎn)每分鐘，將高壓電源的正高壓接于注射器針頭，調(diào)整電壓為15?20千伏，將高壓電源的負高壓接于轉(zhuǎn)輥接收器，調(diào)整電壓為-1?-2千伏； (3)啟動注射栗系統(tǒng)，在40°C條件下紡絲2小時，紡絲完成后從轉(zhuǎn)輥接收器上揭下錫箔紙和多孔纖維膜，將其在80°C條件下干燥6小時，干燥后將多孔纖維膜從錫箔紙上揭下； (4)將步驟(3)得到的多孔纖維膜放入10毫摩爾每升的氫氧化鈉溶液中，在40?50°C條件下浸泡5小時，取出后放入1_摩爾每升的稀鹽酸中，在40?50°C條件下浸泡I小時，取出后用去咼子水沖洗，在再60°C下干燥5小時； 該多孔纖維膜可以對油水乳液進行分離，且分離效果好、抗污性能強。
【文檔編號】D06M11/38GK106012291SQ201610580631
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月22日
【發(fā)明人】薛慶忠, 張建強, 潘興龍, 何大亮
【申請人】中國石油大學(華東)