一種微量水分離膜及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及分離膜技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地說，涉及一種微量水分離膜及其制備方 法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器設(shè)備絕緣老化是工業(yè)生產(chǎn)中常常遇到的問題，而影響其老化的重要原因之 一便是水分。隨著變壓器油和絕緣材料中含水量的增加，絕緣材料的絕緣性能會直接下降 并促使變壓器油老化，進而影響設(shè)備運行的可靠性和設(shè)備的使用壽命。此外，變壓器油和絕 緣材料中的水分還能促進有機酸對銅、鐵等金屬的腐蝕作用，且產(chǎn)生的皂化物會惡化變壓 器油的介質(zhì)損耗因數(shù)、增加變壓器油的吸潮性、并且還對變壓器油的氧化起到催化作用。一 般認為，受潮的變壓器油比干燥的變壓器油老化速度要增加2-4倍，因此，變壓器油在使用 前必須反復(fù)過濾脫水到電氣性能全部合格后方可加入變壓器內(nèi)。
[0003] 目前，油水分離常見的方法主要有沉降法、離心法、真空減壓法、吸附法和聚結(jié)分 離法，其中，聚結(jié)分離法因其處理量大、成本低而得到廣泛應(yīng)用。聚結(jié)分離法主要是針對非 均相液_液物系的分離，例如油-水的分離，它通過對分散相液滴的捕獲、碰撞和聚結(jié)，使小 液滴長大，然后在重力場的作用下實現(xiàn)兩相的分離。在進行油水分離時通常會用到油水分 離濾芯，而大多數(shù)的油水分離濾芯采用聚四氟乙烯噴涂金屬網(wǎng)制備而成，由于油水分離濾 芯的親油性不好，因而在應(yīng)用上受到一定的限制。另外，還有一些油水分離產(chǎn)品在制備時采 用的是溶劑型含氟丙烯酸樹脂，然而，上述油水分離產(chǎn)品的制備原料對環(huán)境危害較大，進 而，在一定程度上制約了其發(fā)展前景。
[0004] 近幾年來，由于膜法具有低能耗、高效率和過濾效果穩(wěn)定的優(yōu)點，因而在油水分離 中扮演著越來越重要的角色。但是，對于使用膜法分離變壓器油中的微量水，還沒有文獻報 道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種微量水分離膜及其制備方法和應(yīng)用，以分離變壓器油中 ppm級的微量水。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種微量水分離膜，所述微量水分離膜為雙面復(fù)合濾紙的表面包覆浸漬液，所述 浸漬液由改性脂肪胺固化劑、環(huán)氧樹脂、溶劑和改性納米Si0 2制備而成，且所述改性脂肪胺 固化劑、所述環(huán)氧樹脂、所述溶劑和所述改性納米Si〇2的質(zhì)量比為1:1~5:10~100:0.1~ 5〇
[0008] 優(yōu)選地，所述溶劑為無水乙醇或二氧六環(huán)。
[0009] 其中，本發(fā)明提供的微量水分離膜在制備時所選用的固化劑為揮發(fā)性小、毒性低 的改性脂肪胺固化劑，優(yōu)先選取改性脂肪胺Ancamine 2771固化劑或改性脂肪胺 Ancamine419固化劑，改性脂肪胺Ancamine 2771固化劑和改性脂肪胺Ancamine 419固化劑 更是商業(yè)上常用的改性脂肪胺固化劑，具有更強的憎水性。環(huán)氧樹脂優(yōu)先選取E-44型雙酚A 酚醛環(huán)氧樹脂或E-51型雙酸A酚醛環(huán)氧樹脂。
[0010]在本發(fā)明中，只要能夠溶解改性脂肪胺固化劑和環(huán)氧樹脂的溶劑或其他混合溶液 均可作為本發(fā)明中的溶劑。在本發(fā)明中，溶劑優(yōu)選的選用無水乙醇或二氧六環(huán)。
[0011] 在本發(fā)明中，納米Si02采用的是經(jīng)二甲基聚硅氧烷改性的AEROSIL R202型疏水納 米Si〇2或經(jīng)二甲基二氯硅烷改性的AEROSIL R974型疏水納米SiO^AEROSIL R202型疏水納 米Si02和AEROSIL R974型疏水納米Si02均是通過氣相法將四氯化硅、氧氣和氫氣在高溫下 反應(yīng)而生成氣相Si02,再分別加入疏水改性劑二甲基聚硅氧烷、二甲基二氯硅烷即制備出 兩種不同型號的疏水納米Si〇2粒子。
[0012] 在本發(fā)明中，雙面復(fù)合濾紙為過濾變壓器油專用雙面復(fù)合濾紙，該過濾變壓器油 專用雙面復(fù)合濾紙具有更好的機械穩(wěn)定性，制備出的微量水分離膜具有持久的疏水性。
[0013] 本發(fā)明提供的微量水分離膜，所述微量水分離膜為雙面復(fù)合濾紙的表面包覆浸漬 液，所述浸漬液由改性脂肪胺固化劑、環(huán)氧樹脂、溶劑和改性納米Si0 2制備而成，且所述改 性脂肪胺固化劑、所述環(huán)氧樹脂、所述溶劑和所述改性納米Si〇2的質(zhì)量比為1:1~5:10~ 100:0.1~5。本發(fā)明提供的微量水分離膜通過在浸漬液中加入改性納米Si0 2后，使得微量 水分離膜的表面呈現(xiàn)為低能表面，微量水分離膜與高極性的水分子接觸后會發(fā)生硅氧鏈向 界面的緩慢迀移現(xiàn)象，進而增大微量水分離膜與水的接觸角，從而能夠有效地分離油水。本 發(fā)明提供的微量水分離膜的原料環(huán)保，不含氟，復(fù)合綠色化學(xué)生產(chǎn)的要求。
[0014] 本發(fā)明還提供了微量水分離膜的制備方法，該制備方法包括：
[0015]按照質(zhì)量比分別稱取所述改性脂肪胺固化劑、所述環(huán)氧樹脂、所述溶劑和所述改 性納米Si02;
[0016]將所述改性脂肪胺固化劑、所述環(huán)氧樹脂和所述溶劑放置于反應(yīng)器中，并充分攪 拌5-20min，得到混合液；
[0017]將所述改性納米Si02加入到上述混合液中，再次攪拌10-60min，直到溶液均勻，得 到浸漬液；
[0018] 將雙面復(fù)合濾紙浸入所述浸漬液中，5-15min后取出浸漬后的所述雙面復(fù)合濾紙；
[0019] 將浸漬后的所述雙面復(fù)合濾紙固化、烘干、冷卻后得到微量水分離膜。
[0020] 優(yōu)選地，浸漬后的所述雙面復(fù)合濾紙的烘干溫度為80-95°C，烘干時間為l-3h。
[0021] 本發(fā)明提供的微量水分離膜的制備方法簡單，一次涂膜，均勻穩(wěn)定，且成本低廉， 制備量大，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0022] 本發(fā)明對所制備的微量水分離膜進行了SEM(scanning electron microscope，即 掃描電子顯微鏡）和EDX(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，即能量色散X射線光譜 分析)表征，并對微量水分離膜與水滴之間的接觸角進行了測試。
[0023]其中，采用荷蘭FEI公司的QUANTA 200掃描電子顯微鏡對微量水分離膜進行SEM表 征。由150、2000、6000三種放大倍率可以看出，本發(fā)明制備的微量水分離膜具有微米-納米 雙微觀粗糙結(jié)構(gòu)，該微觀粗糙結(jié)構(gòu)能夠增加膜表面的接觸角，接觸角越大時，微量水分離膜 的疏水性、抗水性越強。
[0024]通過EDX能譜圖能夠得知微量水分離膜表面元素C: 0: Si的質(zhì)量比為63.36:26.04: 10.59。在本發(fā)明中，通過改性納米Si02引入了Si元素，使得微量水分離膜的表面呈現(xiàn)為低 能表面，微量水分離膜與高極性的水分子接觸后會發(fā)生硅氧鏈向界面的緩慢迀移現(xiàn)象，進 而增大微量水分離膜與水的接觸角，從而能夠有效地分離油水，提高油水分離效率。
[0025] 采用KRUSSGermany的接觸角測量儀DSA100測試微量水分離膜與水、變壓器油之 間的靜態(tài)接觸角。在測試時，將微量水分離膜水平地放在接觸角測量儀上，然后將5yL水滴 滴在膜上，儀器自帶的軟件會自動模擬出水滴輪廓，算出接觸角。通過接觸角測試得知，微 量水分離膜對水的接觸角為155°，最高能夠達到161° ;微量水分離膜對變壓器油的接觸角 為〇°，因而，本發(fā)明制備的微量水分離膜具有優(yōu)異的超疏水超親油性能。
[0026] 本發(fā)明所制備的微量水分離膜能夠應(yīng)用于變壓器油中的油水分離，相對于傳統(tǒng)的 油水分離膜，本發(fā)明所制備的微量水分離膜不僅能夠分離懸浮水，而且還能夠分離油中存 在的乳化水和溶解水，尤其是變壓器油中ppm級的微量水，極大降低變壓器油除水的能耗。 微量水分離膜在常溫條件下分離油水，分離過程無相變，設(shè)備能耗低，膜組件結(jié)構(gòu)簡單，流 程縮短，分離過程可高度自動化。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動 的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0028] 圖1是本發(fā)明實施例提供的微量水分離膜的制備流程圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明實施例提供的微量水分離膜的放大150倍的SEM圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明實施例提供的微量水分離膜的放大2000倍的SEM圖；
[0031]圖4是本發(fā)明實施例提供的微量水分離膜的放大6000倍的SEM圖；
[0032]圖5是