本發(fā)明涉及一種超親水水下超疏油膜的制備方法。

背景技術(shù)：

在諸如石油開采、石油化工、皮革、紡織、食品和醫(yī)藥等工業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的含油廢水，為了降低成本這些含油廢水被直接排放進水體中。目前處理含油污水的方法，主要有物理法、化學(xué)法和生物法。而這些廢水大部分是以油水乳液的形式存在的，一般的油水分離膜和吸油材料并不能分離油水乳液。許多新材料用于處理油水乳液面臨成本問題這就導(dǎo)致并不能從根源上解決應(yīng)用問題。為了避免對環(huán)境造成二次污染，人們在開發(fā)分離材料時，越來越傾向于采用與環(huán)境相容的物質(zhì)作為原料，生物質(zhì)材料由于廉價易得、可生物降解，成為材料研究的熱點。

超疏表面是指對水或油滴的靜態(tài)接觸角在150°以上，滾動角在10°以下的表面，這種表面具有許多獨特的性質(zhì)(如自清潔、防污、減阻、防腐蝕性等)，在很多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。材料的浸潤性能取決于其表面的化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)。超疏水或超疏油材料通常對表面自由能要求很高，這就需要用低表面能物質(zhì)對其進行修飾，不僅增大了成本還帶來了一定程度的污染。而超親材料表現(xiàn)出水下或油下的特殊浸潤性，并且往往不需要特別的修飾便能獲得。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要解決超疏水或超疏油材料通常對表面自由能要求很高，需要用低表面能物質(zhì)對其進行修飾，增大了成本還帶來了一定程度污染的問題，而提供一種能夠分離油水乳液的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的制備方法。

一種能夠分離油水乳液的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的制備方法具體是按以下步驟完成的：

一、制備預(yù)處理后的原料：

將秸稈粉依次過300目篩及400目篩，得到粒徑均勻的原料，將粒徑均勻的原料浸入到混合溶液中，在室溫下攪拌0.5h～3h，得到預(yù)處理后的原料；

所述的混合溶液由尼龍和甲酸混合而成，所述的尼龍與甲酸的質(zhì)量比為1:(5～10)；所述的秸稈粉與混合溶液中尼龍的質(zhì)量比為1:(0.5～1.5)；

二、相轉(zhuǎn)化：

將預(yù)處理后的原料靜置消泡，然后將消泡后的原料滴涂至玻璃板上，刮涂均勻并浸漬于去離子水中5min～10min，得到相轉(zhuǎn)化后的膜；

所述的相轉(zhuǎn)化后的膜厚度為100nm～250nm；

三、剝離：

將相轉(zhuǎn)化后的膜自然晾干，然后從玻璃板上剝離，得到超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜。

本發(fā)明以秸稈為原料，保留了秸稈可生物降解的特性，制備得到的超親水水下超疏油油/水乳液分離膜，具有經(jīng)濟成本低、制備工藝簡單、生產(chǎn)周期短等特點，是一種新型的膜分離材料，可實現(xiàn)污水中油/水乳液的快速分離。由于膜材料的優(yōu)點，使得分離后的油易于回收處理，并且不會帶來二次污染。

本發(fā)明方法的適用性廣泛，可采取不同種類的秸稈作為原材料，例如玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈等。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1、使用秸稈作為原材料，是一種天然可降解的生物質(zhì)材料，從人們的日常生活和生產(chǎn)加工中可快捷獲得，具有環(huán)境友好、儲量豐富的特點，開發(fā)出一種優(yōu)異性能的分離膜，是固體農(nóng)林廢棄物的有效開發(fā)利用方式。

2、本發(fā)明制備得到的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜，與水的接觸角為0°，水下油的接觸角為158°，能夠快速將油/水乳液分離，是一種新型的膜分離材料，可以實現(xiàn)高效的含油廢水中油分和水分的分離。制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的油/水乳液分離性能研究：對水包油型乳液的分離效果很好，分離后濾液中油的含量從1000ppm降至80ppm以下，正己烷-水乳液分離后的濾液中油含量從1000ppm降至30ppm，甲苯-水乳液分離后的濾液中油含量從1000ppm降至38ppm，柴油-水乳液分離后的濾液中油含量從1000ppm降至67ppm。制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜還可以有效分離乳化劑穩(wěn)定的油水乳液，乳化劑穩(wěn)定的正己烷-水乳液、乳化劑穩(wěn)定的甲苯-水乳液、乳化劑穩(wěn)定的柴油-水乳液分離后濾液中的油含量從1000ppm降至50ppm以下。

3、本發(fā)明制備得到的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜，可以廣泛應(yīng)用于海洋溢油處理、工業(yè)污水凈化、食品廢油處理等方面，分離速度快，分離效率高。

4、本發(fā)明實驗方案可行性高，原材料來源豐富，操作工藝簡單，資金投入少，制備周期短(35min～75min)，條件溫和(常溫常壓下不需要特殊氣體保護)，不需要大型儀器設(shè)備，可以實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)加工，具有很廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明用于一種能夠分離油水乳液的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的制備方法。

附圖說明

圖1是對比實驗一制備的尼龍膜的電鏡照片，放大倍數(shù)為1500倍；

圖2是實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的電鏡照片，放大倍數(shù)為1500倍；

圖3是實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的電鏡照片，放大倍數(shù)為5000倍；

圖4是實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜與水的接觸角照片；

圖5是實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜水下油的接觸角照片。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式是一種能夠分離油水乳液的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的制備方法具體是按以下步驟完成的：

一、制備預(yù)處理后的原料：

將秸稈粉依次過300目篩及400目篩，得到粒徑均勻的原料，將粒徑均勻的原料浸入到混合溶液中，在室溫下攪拌0.5h～3h，得到預(yù)處理后的原料；

所述的混合溶液由尼龍和甲酸混合而成，所述的尼龍與甲酸的質(zhì)量比為1:(5～10)；所述的秸稈粉與混合溶液中尼龍的質(zhì)量比為1:(0.5～1.5)；

二、相轉(zhuǎn)化：

將預(yù)處理后的原料靜置消泡，然后將消泡后的原料滴涂至玻璃板上，刮涂均勻并浸漬于去離子水中5min～10min，得到相轉(zhuǎn)化后的膜；

所述的相轉(zhuǎn)化后的膜厚度為100nm～250nm；

三、剝離：

將相轉(zhuǎn)化后的膜自然晾干，然后從玻璃板上剝離，得到超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜。

本具體實施方式的優(yōu)點：

1、使用秸稈作為原材料，是一種天然可降解的生物質(zhì)材料，從人們的日常生活和生產(chǎn)加工中可快捷獲得，具有環(huán)境友好、儲量豐富的特點，開發(fā)出一種優(yōu)異性能的分離膜，是固體農(nóng)林廢棄物的有效開發(fā)利用方式。

2、本發(fā)明制備得到的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜，與水的接觸角為0°，水下油的接觸角為158°，能夠快速將油/水乳液分離，是一種新型的膜分離材料，可以實現(xiàn)高效的含油廢水中油分和水分的分離。制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的油/水乳液分離性能研究：對水包油型乳液的分離效果很好，分離后濾液中油的含量從1000ppm降至80ppm以下，正己烷-水乳液分離后的濾液中油含量從1000ppm降至30ppm，甲苯-水乳液分離后的濾液中油含量從1000ppm降至38ppm，柴油-水乳液分離后的濾液中油含量從1000ppm降至67ppm。制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜還可以有效分離乳化劑穩(wěn)定的油水乳液，乳化劑穩(wěn)定的正己烷-水乳液、乳化劑穩(wěn)定的甲苯-水乳液、乳化劑穩(wěn)定的柴油-水乳液分離后濾液中的油含量從1000ppm降至50ppm以下。

3、本發(fā)明制備得到的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜，可以廣泛應(yīng)用于海洋溢油處理、工業(yè)污水凈化、食品廢油處理等方面，分離速度快，分離效率高。

4、本發(fā)明實驗方案可行性高，原材料來源豐富，操作工藝簡單，資金投入少，制備周期短(35min～75min)，條件溫和(常溫常壓下不需要特殊氣體保護)，不需要大型儀器設(shè)備，可以實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)加工，具有很廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明用于一種能夠分離油水乳液的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的制備方法。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同點是：步驟一中將粒徑均勻的原料浸入到混合溶液中，在室溫下攪拌0.5h～1h。其他步驟與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同點是：步驟一中所述的尼龍與甲酸的質(zhì)量比為1:10。其他步驟與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同點是：步驟一中所述的尼龍與甲酸的質(zhì)量比為1:(8～10)。其他步驟與具體實施方式一至三相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同點是：步驟一中所述的秸稈粉與混合溶液中尼龍的質(zhì)量比為1:1。其他步驟與具體實施方式一至四相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同點是：步驟一中所述的秸稈粉與混合溶液中尼龍的質(zhì)量比為1:(1～1.5)。其他步驟與具體實施方式一至五相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同點是：步驟二中刮涂均勻并浸漬于去離子水中5min～8min。其他步驟與具體實施方式一至六相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同點是：步驟二中刮涂均勻并浸漬于去離子水中5min。其他步驟與具體實施方式一至七相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同點是：步驟一中將粒徑均勻的原料浸入到混合溶液中，在室溫下攪拌3h。其他步驟與具體實施方式一至八相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同點是：步驟一中將粒徑均勻的原料浸入到混合溶液中，在室溫下攪拌2h～3h。其他步驟與具體實施方式一至九相同。

采用以下實施例驗證本發(fā)名的有益效果：

實施例一：一種能夠分離油水乳液的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的制備方法具體是按以下步驟完成的：

一、制備預(yù)處理后的原料：

將秸稈粉依次過300目篩及400目篩，得到粒徑均勻的原料，將粒徑均勻的原料浸入到混合溶液中，在室溫下攪拌3h，得到預(yù)處理后的原料；

所述的混合溶液由尼龍和甲酸混合而成，所述的尼龍與甲酸的質(zhì)量比為1:10；所述的秸稈粉與混合溶液中尼龍的質(zhì)量比為1:1；

二、相轉(zhuǎn)化：

將預(yù)處理后的原料靜置消泡，然后將消泡后的原料滴涂至玻璃板上，刮涂均勻并浸漬于去離子水中5min，得到相轉(zhuǎn)化后的膜；

所述的相轉(zhuǎn)化后的膜厚度為100nm～250nm；

三、剝離：

將相轉(zhuǎn)化后的膜自然晾干，然后從玻璃板上剝離，得到超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜。

對比實驗一：一種尼龍膜的制備方法具體是按以下步驟完成的：

一、將尼龍和甲酸混合混合，在室溫下攪拌3h，得到預(yù)處理后的原料；

所述的尼龍和甲酸的質(zhì)量比為1:10；

二、將預(yù)處理后的原料靜置消泡，然后將消泡后的原料滴涂至玻璃板上，刮涂均勻并浸漬于去離子水中5min，得到相轉(zhuǎn)化后的膜；

所述的相轉(zhuǎn)化后的膜厚度為100nm～250nm；

三、剝離：

將相轉(zhuǎn)化后的膜自然晾干，然后從玻璃板上剝離，得到尼龍膜。

圖1是對比實驗一制備的尼龍膜的電鏡照片，放大倍數(shù)為1500倍；由圖可知，尼龍膜表面的缺陷極多。

圖2是實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的電鏡照片，放大倍數(shù)為1500倍；圖2與圖1相比，說明秸稈的加入有效改善了膜材料的結(jié)構(gòu)，為有效分離油/水乳液提供基礎(chǔ)。

圖3是實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的電鏡照片，放大倍數(shù)為5000倍；由圖可知，可以看出秸稈纖維表面負載了一些尼龍粒子。這些粒子隨機分布形成大量的突起，粒子的直徑為500nm～3μm，秸稈纖維的加入不僅改變了尼龍的結(jié)構(gòu)，秸稈纖維與尼龍結(jié)合的這種連續(xù)結(jié)構(gòu)為表面提供了較高的表面粗糙度。

圖4是實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜與水的接觸角照片；由圖可知，超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜與水滴的接觸角大小為0°，能夠被水完全潤濕，是超親水的。

圖5是實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜水下油的接觸角照片。由圖可知，超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜在水下對油的接觸角為158°，油滴在樣品表現(xiàn)呈現(xiàn)球形，是水下超疏油的。

綜合可知，實施例一成功獲得了超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜。

制備無乳化劑型乳液：

將4ml正己烷加到120ml去離子水中，在功率為450w的條件下，超聲1.5h，得到正己烷-水乳液；將4ml甲苯加到120ml去離子水中，在功率為450w的條件下，超聲1.5h，得到甲苯-水乳液；將2ml柴油加到120ml去離子水中，在功率為450w的條件下，超聲1.5h，得到柴油-水乳液。

制備乳化劑穩(wěn)定的乳液：

在100ml去離子水中加入0.01g吐溫80，然后攪拌至溶解，分配配置三份，得到三份混合溶液，然后向三份混合溶液中分別加入2ml正己烷、2ml甲苯及2ml柴油，然后在轉(zhuǎn)速為3000rpm的條件下，攪拌3h，分別得到乳化劑穩(wěn)定的正己烷-水乳液、乳化劑穩(wěn)定的甲苯-水乳液、乳化劑穩(wěn)定的柴油-水乳液；

實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜的油/水乳液分離性能研究：將油/水乳液利用超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜進行分離過濾，對水包油型乳液的分離效果很好，分離后濾液中油的含量在80ppm以下，正己烷-水乳液分離后的濾液中油含量從1000ppm降至30ppm，甲苯-水乳液分離后的濾液中油含量為從1000ppm降至38ppm，柴油-水乳液分離后的濾液中油含量為從1000ppm降至67ppm。

實施例一制備的超親水水下超疏油秸稈尼龍復(fù)合膜還可以有效分離乳化劑穩(wěn)定的油水乳液，乳化劑穩(wěn)定的正己烷-水乳液、乳化劑穩(wěn)定的甲苯-水乳液、乳化劑穩(wěn)定的柴油-水乳液分離后濾液中的油含量從1000ppm降至50ppm以下。