[发明专利]一种具有CO2刺激响应的油水分离纳米纤维膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有CO₂刺激响应的油水分离纳米纤维膜及其制备方法与应用，属于油水分离技术领域。

背景技术

近年来，随着含油污水和油田泄漏事故的不断增加，油水分离成为全世界共同面临的挑战。开发具有特殊浸润性的界面材料将有助于含油污水的处理和回收，推动工业社会的可持续发展。随着纳米技术、界面化学和高分子科学的发展，对油和水具有特殊润湿性的“智能”界面材料被不断开发出来，进而用于双向油水分离，即选择性地将油和水从油水混合物中分离出来。

直至目前为止，基于温度、pH等刺激响应聚合物已被成功用于构筑功能界面材料。文献Wang B.；Guo Z.-G.Chem.Commun.,2013,49,9416-9418利用pH响应的功能表面，通过调节溶液体系的酸碱性，实现了pH调控的选择性油水分离。虽然该材料表现出很好的油水分离效果，但是在实际操作时，通过加酸加碱调节体系pH，不仅会造成盐的积累，还会稀释溶液，影响体系的循环可逆性。因此，需要利用更加温和的刺激源，开发环境友好性的界面材料用于调控选择性油水分离。CO₂来源广泛，环保清洁，是一种“绿色”刺激源，可以调节聚合物理化性质，用于构筑功能表面，在含油污水的高效处理和缓解环境温室效应等领域具有重要应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有CO₂刺激响应的油水分离纳米纤维膜及其制备方法与应用，本发明利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜，具有CO₂刺激响应功能，能选择性进行油水分离；其成本低廉、操作简便、清洁环保，对不同种类的油水混合体系都具有较高的分离效果。

本发明提供的油水分离纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：1)将无规共聚物与溶剂混合，得到纺丝溶液；

所述无规共聚物为聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯；

所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯的结构如式Ⅰ所示，式Ⅰ中，m：n＝x：(1-x)，m为1～5000000的整数，x为0～1，但x不包括0和1；

2)将所述纺丝溶液静电纺丝得到纳米纤维，所述纳米纤维交织排列，即得到所述纳米纤维膜。

本发明中，所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯其结构式Ⅰ中x：(1-x)表示聚合物中单体组分的比例，m和n表示的是聚合度，其分子中的聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯为无规律排布。

上述的方法，所述溶剂可为四氢呋喃、二甲基甲酰胺和二氯甲烷中至少一种，具体可为四氢呋喃和二甲基甲酰胺以体积比7:3或1:1组成的混合溶剂或四氢呋喃和二甲基甲酰胺以体积比7～3：1组成的混合溶剂；

所述纺丝溶液的质量百分浓度可为5wt％～30wt％，具体可为10wt％、15wt％、20wt％、25wt％或10wt％～25wt％；

步骤1)中，所述混合的温度可为20～50℃，具体可为25℃，所述混合的时间可为2～12h，具体可为5h；

所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯按照如下方法进行制备，其步骤如下：将甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯与引发剂溶于有机溶剂中，除去体系中氧气，在氮气氛中，反应即得到所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯；

所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯的数均分子量可为100～140kDa。

本发明中，所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯制备时，所述除氧的具体过程可为对体系进行至少1次“氮冷冻-抽气-充氮气”处理，每次抽气15分钟，具体可为进行3次“氮冷冻-抽气-充氮气”处理，即可除去体系中的氧气；

反应结束后，将反应瓶置于液氮中，排出气体与大气相通，终止反应，后处理的过程为除去溶剂，用二氯甲烷溶解，再加入八倍体积的正己烷沉淀，收集沉淀，再进行溶解-沉淀的过程，即得到所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯。

上述的方法，所述聚甲基丙烯酸甲酯-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(简称PMMA-co-PDEAEMA)的制备中，所述甲基丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸二乙氨基乙酯与所述引发剂的摩尔比可为10～1000：10～1000：1，具体可为200：300：1、20：60：0.07或200～286：300～857：1；

所述有机溶剂可为二氧六环、四氢呋喃、二甲基乙酰胺或苯甲醚；所述甲基丙烯酸甲酯在所述有机溶剂中的质量百分浓度可为5wt％～17wt％；