[发明专利]一种仿生微纳结构油水分离滤纸的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料合成技术领域，涉及油水分离滤纸的制备，尤其涉及一种仿生微纳结构油水分离滤纸的制备方法及其应用。

背景技术

随着海上石油开采和现代化工行业的高速发展，海上石油泄漏和有机化学试剂泄漏事故日益频发。含油废水对生态环境造成了巨大的危害，如石油漂浮在海面上，迅速扩散形成一层不透气的油膜会阻碍水体的复氧作用，影响海洋浮游生物生长，破坏海洋生态平衡。目前，我国已将含油污水的治理与资源化利用，列为国家开展循环经济、建设节约型社会的重要工作，含油污水的资源化利用，将是其今后处置的根本方式。含油废水治理和资源化的核心问题是对水中油品有效分离和回收。针对油水体系的复杂性，要求应用于油水分离的技术，应有处理速度快、经济和操作便捷等特点。

国内外对含油废水中油品的分离和回收主要有团聚分离、溶剂萃取、化学固化、生物降解、原位燃烧和油栏拦截等方法。其中一些油水分离技术存在很多不足：如溶剂萃取过程中，需要使用大量易挥发的有机溶剂，易造成环境污染；化学固化和生物降解对温度要求苛刻，处理速度慢；原位燃烧水体表面的油污，不仅对水体环境造成很大的破坏，还产生大量气体污染物，造成二次污染。在众多的油水分离技术中，聚结分离因其可操作性强、处理量大、工艺简单、成本低廉等优点而得到广泛应用，其分离机理是利用油水两相表面能的差异，采用具有表面疏水亲油的多孔料制成分离滤芯，可使油液顺利通过，而水滴被有效地被拦截在滤芯外面，从而实现高效脱水。

聚结分离法进行油水分离的关键技术是设计疏水亲油的界面。当油水混合物接触疏水亲油表面时，油滴迅速在膜表面铺展并渗透，水因不能润湿膜表面，而截留在膜上无法渗透下去。固体表面实现超疏水必须具备的两个条件：(1)微纳表面结构；(2)有较低的表面自由能的表面。近几年来，国内外科学家已经采用多种物理化学方法制备超疏水表面，主要包括激光/等离子体处理法、等离子加强气相沉积法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法和自组装法等。这些方法制得的超疏水材料，不仅存在工艺繁琐和原料价格高等缺点，而且有些制备方法只适用于特定的基材。

研究发现，大自然中存在着大量具有超疏水性能的生物体结构，如荷叶、水稻叶、蝴蝶(蛾)翅膀、水黾的腿部和鸟类的羽毛等。这些生物组织，经过亿万年优胜劣汰的进化，优化出各种形态、构型、结构和材料，展现出多种多样的功能特征，成为对生存环境具有最佳适应性和高度协调性的系统。如疏水性植物叶片表面除了具有一层蜡质层外，还具有微纳分级的表面结构。通过表面微结构设计和表面化学性质调变，仿造生物体表的形态和结构制备具有特殊疏水亲油的界面，可有效对含油废水中油品分离和回收。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明公开了一种仿生微纳结构油水分离滤纸的制备方法。

技术方案：本发明基于仿生学原理，设计出具有疏水亲油的界面，利用晶体生长技术，设计微纳分级的表面结构；利用表面改性，获得具有较低的表面自由能的表面。

一种仿生微纳结构油水分离滤纸的制备方法，包括如下步骤：

(a).分别采用无水乙醇和蒸馏水对滤纸进行清洗1～3次，50～80℃干燥6～12h，得预处理滤纸；

(b).用质量分数为1～5％的氨水调节浓度为0.05～0.15mol/L，优选0.1mol/L的铝盐溶液pH至7～9，优选7.8，室温下搅拌3～5h，得氢氧化铝溶胶；按每100mL氢氧化铝溶胶加入1～5g预处理滤纸计，将预处理滤纸浸渍在氢氧化铝溶胶中，超声处理1～4h，再用蒸馏水洗涤3～5次，50～80℃下干燥6～12h，得涂覆氢氧化铝溶胶的滤纸；

(c).用质量分数为20～30％的氨水调节浓度为1～10mmol/L，优选5mmol/L的锌盐溶液pH至10～12，优选pH为10.5，得锌氨络离子溶液；按每100mL锌氨络离子溶液加入1～5g涂覆氢氧化铝的滤纸计，将涂覆氢氧化铝的滤纸加入上述锌氨络离子溶液，70～120℃优选75℃，水热反应5～24h，优选12h，冷却、蒸馏水洗涤3～6次，50～80℃下干燥6～12h，得具有微纳分级结构的滤纸；

(d).石蜡与四氢呋喃按质量比为1:100～1:10计，将石蜡加入到四氢呋喃中，密封搅拌直至其全部溶解，得石蜡四氢呋喃混合液；按每20mL石蜡四氢呋喃混合液加入1～5g具有微纳分级结构的滤纸计，将具有微纳分级结构的滤纸浸渍到石蜡四氢呋喃混合液，浸渍5～10min后取出，50～80℃下干燥1～2h，浸渍-干燥过程重复3～5次，得仿生微纳结构油水分离滤纸。