專利名稱：一種油水分離金屬網(wǎng)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)化工和功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備具有特殊濕潤性質(zhì)
的金屬網(wǎng)，這種金屬網(wǎng)可以用來分離油水混合物。
背景技術(shù)：
油水分離是個世紀課題，長期以來，油中的水分和雜質(zhì)嚴重影響了油的品質(zhì)。因此 尋找一種簡便高效的方法把水分從油中除去成為了一個重要課題。 具有自清潔的納米界面材料的出現(xiàn)為解決這個難題提供了新的途徑。自清潔材料 是指在其表面水的接觸角大于150。，而水的滾動角小于5。。這意味著水在其表面不能穩(wěn) 定存在而是快速滑落。如果油滴在其表面的接觸角小于5。，這種納米界面材料可以有效的 實現(xiàn)油水分離。 例如，申請?zhí)?1118387. X授權(quán)公開號CN1387932的中國發(fā)明專利申請，公開了 一種具有自清潔功能的納米界面材料的制備方法以及其在油水分離方面的應(yīng)用。其采用化 學(xué)氣相沉積與熱固化的方法，將納米低表面能粉末、分散劑在納米光催化粘結(jié)劑和有機溶 劑混合氣氛中攪拌分解成乳液，然后經(jīng)過噴涂、干燥定形的處理工藝，在金屬纖維織物上制 備出了用于油水分離納米界面分離網(wǎng)。 同樣，申請?zhí)?00510040447授權(quán)公開號CN1721030A的中國發(fā)明專利申請，公開 了一種具有油水分離功能的網(wǎng)。其采用在金屬網(wǎng)上覆蓋上全氟烷基硅氧烷基鏈，經(jīng)過多步 處理，制備出了能夠用來進行把水從油中分離出來的金屬網(wǎng)。 同樣，中國專利CN101518695A以及文獻Feng， L. ;Zhang， Z. ;Mai， Z. ;Ma，
Y. ;Liu， B. ;Jiang， L. ;Zhu， D. Angew. Chem. Int. Ed. 2004， 43， 2012 ;Li ， M. ;Xu， J. ;Lu，
Q.J.Mater.Chem. 2007,17,4772 ;Wang， S. ;Song， Y. ;Jiang， L. Nanotechnology， 2007， 18，
015103 ;Zhang，J. ;Huang，VV. ;Han， Y. Macromol. Rapid. Commuon. 2006， 27， 804矛艮至lj了可以
用來油水分離的網(wǎng)膜。 但是，上述技術(shù)存在如下缺陷 1.制備過程繁瑣、費時和消耗能源。不適宜大面積制備和工業(yè)生產(chǎn)。 2.使用含氟低表面能物質(zhì)，成本提高和污染環(huán)境。 3.所制備的分離網(wǎng)穩(wěn)定性較差。比如其不耐酸、不耐堿和不抗鹽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種省時、便宜、簡便的制備具有特殊濕潤性質(zhì)的油水分
離金屬網(wǎng)的方法。 本發(fā)明所述的油水分離金屬網(wǎng)具有耐酸、耐堿和抗鹽的性質(zhì)，可以大面積制備和 低成本生產(chǎn)。其是在由金屬纖維編織成的具有微米級孔徑的金屬網(wǎng)上下表面，用酸性溶液 刻蝕制備出納米尺度的微觀突起(圖1)，其具有尺度在lnm 1000nm的連續(xù)或分立的顆粒 狀微觀形貌結(jié)構(gòu)(圖1中的小圖)。然后在其表面修飾不含氟且具有低表面能的物質(zhì)，從而獲得具有親油疏水功能的材料，實現(xiàn)油水分離的目的。 實驗結(jié)果表明，水在本發(fā)明所述的金屬網(wǎng)表面的接觸角大于150。(圖2a)和滾動 角小于5° (圖2b)，即水在金屬網(wǎng)表面不浸潤而不能通過金屬網(wǎng)；同時油(如柴油、汽油、 煤油和動植物油等)在其表面的接觸角接近于O。，即油能輕易穿過金屬網(wǎng)(圖2c)。當(dāng)油 水混合物滴在覆蓋于容器的金屬網(wǎng)表面時，水全部沿著表面滾落而油全部穿過，漏在下面 的容器里，實現(xiàn)分離油和水的目的。該金屬網(wǎng)還具有防腐蝕的性質(zhì)，當(dāng)把制備好的分離金屬 網(wǎng)浸在酸、堿、鹽溶液30秒到9個小時(溶液pH值范圍1 14，或者鹽的濃度為0. 001mo1/ L 1Omol/L)，金屬網(wǎng)表面對水的接觸角依然大于150° (圖4)和對油接觸角接近于0° ， 這意味著金屬網(wǎng)在腐蝕環(huán)境中具有很好的穩(wěn)定性，仍保持優(yōu)良的油水分離效果，可以擴大 分離網(wǎng)的應(yīng)用范圍，同時也可在金屬防腐蝕方面有所應(yīng)用。
本發(fā)明所述的油水分離網(wǎng)的制備方法，其步驟如下 (1)配制pH二O. 1 6. 5(優(yōu)選pH二2.0 4. 5)的酸性溶液，可以是鹽酸、硫酸、 硝酸、磷酸、高氯酸、檸檬酸、甲基丙烯酸、丙烯酸、苯甲酸，或者是其中幾種酸的混合物；
(2)將孔徑為20 400目的金屬網(wǎng)(可以是鐵、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鎂、鋅、 鈦、鋰、錳、鎳、錫、鉬、鉛、鋼鐵及其金屬合金、鎢、銦、鉬和鍺等稀有高熔點金屬及其合金、以 及金、銀和鈀等貴金屬及其合金等)浸在上述酸性溶液中10秒 60分鐘，進行酸刻蝕，然 后取出用水洗凈后吹干； (3)配制濃度為O. lmol/L 10mol/L的低表面能物質(zhì)的乙醇溶液，該低表面 能的物質(zhì)可以是含羧基、氨基、羥基、巰基、磺酸基、磷酸基等官能團的烷基化合物，化學(xué) 結(jié)構(gòu)通式為Cn-X，其中X代表官能團、Cn代表烷基鏈，n取值范圍為2 26，優(yōu)選范圍 為10 20 ;更具體的低表面能的物質(zhì)為十二烷基磺酸鈉(C^H25-S03Na)、十六烷基羧酸鈉 (C化H33-C00Na)、十六烷基硫醇(C化H33-SH)、氯化十八烷基三甲基銨(C18H37-N(CH3)3C1)等；
(4)將上述酸刻蝕的金屬網(wǎng)放入低表面能物質(zhì)的乙醇溶液中1分鐘 200分鐘，取 出后用乙醇洗凈后吹干，即得到可用來進行分離油水混合物的金屬網(wǎng)。
本發(fā)明所述的油水分離金屬網(wǎng)，整個制備過程所需時間短，原料便宜易得，設(shè)備和 制備工藝簡單。無含氟物質(zhì)，油水分離效果好，同時具有耐酸、耐堿和抗鹽腐蝕的性能。


圖1 :本發(fā)明實施例1制備的油水分離金屬網(wǎng)的表面形貌照片(右上角附圖為金 屬表面的納米尺度微觀突起)； 圖2a :本發(fā)明實施例1所述的水滴在油水分離金屬網(wǎng)表面的形狀照片； 圖2b :本發(fā)明實施例1所述的水滴在油水分離金屬網(wǎng)表面滾動瞬間的形狀照片； 圖2c :本發(fā)明實施例1所述的柴油滴在油水分離金屬網(wǎng)表面穿過的動態(tài)形狀照
片； 圖3 :本發(fā)明實施例1制備的油水分離金屬網(wǎng)用于分離油與水的實驗裝置與實驗 效果照片；其中油水混合物1、油水分離金屬網(wǎng)2、分離后的油3、分離后的水4 ;
圖4 :本發(fā)明實施例1制備的油水分離金屬網(wǎng)經(jīng)過酸(pH = 1)、堿(pH = 14) 、NaCl 鹽溶液腐蝕后，水滴在其表面的形狀照片.具體實施方式

實施例1 : (1)在lOOmL燒杯中加入濃度為3mol/L的鹽酸溶液50mL，將孔徑為160目的金屬 鐵網(wǎng)在此溶液中浸泡50秒，取出后用水洗凈吹干。金屬網(wǎng)表面出現(xiàn)納米尺度的突起，如圖 l所示。 (2)在lOOmL燒杯中加入30mL乙醇和0. 003mol十六烷基硫醇，混合均勻，配制成 濃度為0. lmol/L的乙醇溶液。將上述用酸處理過的金屬鐵網(wǎng)在此溶液中浸泡50分鐘，取 出用乙醇洗凈后吹干。即得到油水分離金屬網(wǎng)，如圖l所示。 (3)在該金屬網(wǎng)表面，水的接觸角為155°和滾動角小于5。，同時油在其表面的 接觸角接近于0。，如圖2a、圖2b和圖2c所示。將該金屬網(wǎng)覆蓋在試管口，將柴油與水的 混合物(體積比為1 : 1)倒在金屬網(wǎng)上，水不能穿過金屬網(wǎng)而滾落在金屬網(wǎng)外；同時柴油 能輕易透過金屬網(wǎng)而流入試管中，實現(xiàn)分離油水混合物的目的，如圖3所示。
(4)將該金屬網(wǎng)在強酸(pH = 1)、強堿(pH = 14) 、NaCl鹽水(濃度為0. 5mol/L) 中浸泡20分鐘后取出，金屬網(wǎng)表面對水的接觸角大于150° ，對油的接觸角接近于0。，保 持良好的油水分離性能，如圖4所示。
實施例2: (1)在100mL燒杯中加入濃度為4mol/L的硝酸溶液50mL，將孔徑為100目的金屬 銅網(wǎng)在此溶液中浸泡4分鐘，取出后用水洗凈吹干。
(2)在100mL燒杯中加入50mL乙醇和0. Olmol十二烷基磺酸鈉，混合均勻，配制成 濃度為0. 2mol/L的乙醇溶液。將上述用酸處理過的金屬銅網(wǎng)在此溶液中浸泡100分鐘，取 出用乙醇洗凈后吹干。 (3)在該金屬網(wǎng)表面，水的接觸角為152°和滾動角小于5。，同時油在其表面的 接觸角接近于0。。該金屬網(wǎng)可以分離油水混合物。
實施例3 : (1)在100mL燒杯中加入濃度為2. 5mol/L的鹽酸溶液50mL，將孔徑為120目的金 屬鋅網(wǎng)在此溶液中浸泡3分鐘，取出后用水洗凈吹干。 (2)在100mL燒杯中加入50mL乙醇和0. Olmol十六烷基羧酸鈉，混合均勻，配制成 濃度為0. 5mol/L的乙醇溶液。將上述用酸處理過的金屬鋅網(wǎng)在此溶液中浸泡120分鐘，取 出用乙醇洗凈后吹干。 (3)在該金屬網(wǎng)表面，水的接觸角為150°和滾動角小于5。，同時油在其表面的 接觸角接近于0。。該金屬網(wǎng)可以分離油水混合物。
權(quán)利要求
一種油水分離金屬網(wǎng)的制備方法，其步驟如下(1)配制pH＝0.1～6.5的酸性溶液；(2)將孔徑為20～400目的金屬網(wǎng)浸在上述酸性溶液中10秒～60分鐘，進行酸刻蝕，然后取出用水洗凈后吹干；(3)配制濃度為0.1mol/L～10mol/L的低表面能物質(zhì)的乙醇溶液；(4)將上述酸刻蝕的金屬網(wǎng)放入低表面能物質(zhì)的乙醇溶液中1分鐘～200分鐘，取出后用乙醇洗凈后吹干，即得到用來進行分離油水混合物的金屬網(wǎng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種油水分離金屬網(wǎng)的制備方法，其特征在于酸性溶液是鹽 酸、硫酸、硝酸、磷酸、高氯酸、檸檬酸、甲基丙烯酸、丙烯酸或苯甲酸，或者是其中幾種酸的 混合物。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種油水分離金屬網(wǎng)的制備方法，其特征在于酸溶液的 pH = 2. 0 4. 5。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種油水分離金屬網(wǎng)的制備方法，其特征在于金屬網(wǎng)的材料 是鐵、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鎂、鋅、鈦、鋰、錳、鎳、錫、鉬、鉛、鋼鐵、鋼鐵的金屬合金、鎢、鎢 合金、銦、銦合金、鉬、鉬合金、鍺、鍺合金、金、金合金、銀、銀合金、鈀或鈀合金。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種油水分離金屬網(wǎng)的制備方法，其特征在于低表面能物質(zhì) 為含羧基、氨基、羥基、巰基、磺酸基或磷酸基官能團的烷基化合物，化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為Cn-X， 其中X代表上述官能團、Cn代表烷基鏈，n取值范圍為2 26。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種油水分離金屬網(wǎng)的制備方法，其特征在于n的取值范圍為 10 20。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種油水分離金屬網(wǎng)的制備方法，其特征在于低表面能的物質(zhì)為十二烷基磺酸鈉C^H^-S03Na、十六烷基羧酸鈉C^H^-C00Na、十六烷基硫醇C16H33_SH或 氯化十八烷基三甲基銨C18H37-N (CH3) 3C1 。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學(xué)化工和功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有特殊濕潤性質(zhì)的用于油水分離的金屬網(wǎng)的制備方法。本發(fā)明采用簡單的濕法化學(xué)刻蝕技術(shù)，在由微米級孔徑的金屬網(wǎng)表面制備出納米尺度的微觀突起，然后在其表面修飾不含氟且具有低表面能的化合物。在所制備材料的表面，水滴的接觸角大于150°，而油的接觸角接近0°。該材料因具有特殊濕潤性，可以使油順利通過金屬網(wǎng)而水完全不透過，從而實現(xiàn)有效地分離油水混合物的性質(zhì)。特別是這種材料表面的特殊濕潤性在酸、堿、鹽溶液中能夠保持穩(wěn)定，因而這種功能金屬網(wǎng)在金屬防腐蝕等方面也具有很好的應(yīng)用。該網(wǎng)膜不含氟，制備方法簡單，孔隙通透率高，油水分離效果好，并具有耐腐蝕性能。
文檔編號B01D39/12GK101708384SQ20091021789
公開日2010年5月19日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者姚同杰, 崔占臣, 楊柏, 林權(quán), 王傳洗, 董鳳霞, 馬騁 申請人:吉林大學(xué)