[发明专利]一种球棒‑海藻酸钙凝胶复合物改性复合膜的制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种球棒-海藻酸钙凝胶复合物改性复合膜的制备方法及其用途，属环境功能材料制备技术领域。

背景技术

从宇宙来看，地球是一个蔚蓝色的星球，其72％的面积被水覆盖。但实际上，地球上97.5％

的水是咸水，能直接被人们生产和生活利用的水少得可怜，仅有2.5％的淡水。水是生命之源，是人类生产生活所需的必需品，但是人类工业以及生活排放的油类以及有机污染物严重威胁地球上本就匮乏的水资源，这种污染主要包括了工业油污染和生活油污染。工业油污染是指在工业生产中发生的油类及有机溶剂对水资源的污染，众所周知，随着工业生产的不断发展，各工业进程所需用油不断增加，这些工业用油有润滑油、乳化油、燃料油等，由于在使用过程中管理不当导致的工业用油的跑、冒、滴、漏等现象时有发生。2010年7月的中石油大连海域污染事件，导致大连湾约430平方公里海域油水污染，对该海域的海水质量、生态系统和海洋生物都产生了严重的威胁和影响。生活油污染是指人们在日常生活中对废弃的食用油处理不当，排放至水中造成的污染。不管是工业油污染还是生活油污染，如今都严重威胁着大自然生态环境和人类的生存。如何高效地处理油类及有机溶剂对水资源的污染已经引起社会多方面广泛关注。

传统的处理油水污染的方法包括了燃烧法以及围栏吸附法。其中燃烧法由于具有危险性、可控性差以及容易导致对空气造成二次污染等缺点，所以近些年已经很少被人们使用。而围栏吸附法作为最简单可行的方法近些年被广泛应用于处理油水污染事件中，顾名思义，围栏吸附法是指首先在油水污染区域设置围油栏防止油扩散，然后采用吸附材料吸收油水混合物中的油，以达到净化水域的效果。这种围栏吸附法的关键在于所用吸附材料的物理化学性能与吸附性能，如今常用的吸附材料有活性炭、沸石、海绵等。这些材料的多孔结构保证了其具有吸附性，但是这种材料对液体的吸附往往没有选择性，所以在处理油水污染的时候往往会油水一起吸，并且吸油比率偏低，油品回收难度较大，其自身不稳定的结构还易破碎导致二次污染。因此，开发一种具有超浸润性能与机械稳定性能的油水分离材料对于处理油水污染是亟待解决的问题。

如同众多科研成果被发现的过程一样，超疏水现象的发现也是来源于人们对于奥妙的大自然现象的探索。自然界中的一部分动植物经过亿万年的进化，为了适应生存环境，进化具有了超浸润性的表面。正如我国北宋词人周敦颐在词作中所述“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”，描写的就是大自然中荷叶表面的超疏水自清洁表面的性能，这种现象被称作“荷叶效应(lotus-effect)”。江雷课题组通过对荷叶表面的微观结构的表征观察分析得出结论：荷叶表面的微纳米级的粗糙结构与低表面能的物质共同作用使其具有超疏水自清洁性能。除此之外，自然中还存在着大量的超疏水现象，例如植物的花叶片(水稻叶片、玫瑰花片等)，动物的羽毛(鹅、蝴蝶等)，水黾的腿以及蚊子的复眼等。水滴滴落在上述植物的花叶片上面能够快速收缩为球状并快速滑落，带走表面的灰尘等，具有自清洁的功能；蝴蝶翅膀上面的水滴能够轻易地滑落下来，使其能够在雨中保持翅膀不被打湿；而水黾能够在水面自由移动。受到这些自然现象的启发，人们研发出了各种超浸润功能材料，自从超浸润表面的研究出现以来，多种具有极端润湿性表面的材料已经成功被前人制备并应用于油水分离中。应用于油水分离的极端润湿性表面主要包括了以下二种：超疏水/超亲油材料、超亲水/超疏油材料。

制备超疏水/超亲油材料需要在其表面构筑粗糙结构或是采用低表面能物质对表面进行修饰，具体就是：(1)在材料表面构筑具有一定粗糙度的粗糙结构，然后采用低表面能物质进行修饰；(2)在低表面能物质表面构筑粗糙结构使其达到超疏水/超亲油的性能。由于超疏水/超亲油材料是极端润湿性研究中最早被开发出来的功能材料，所以这类功能材料也是最早应用于油水分离中的具有超浸润性表面的功能材料。目前为止，研究学者们对超疏水/超亲油材料的研究已趋近成熟，许多超疏水/超亲油的功能化材料被成功的合成制备出来。

但是在进行油水分离的实际应用中，超疏水/超亲油材料表现出了一些固有的缺点：采用超疏水/超亲油功能材料分离密度比水小的有机溶剂或者油品与水的混合物过程中容易造成水被阻隔在油品与超疏水/超亲油油水分离材料的中间，阻碍分离的正常进行；超疏水/超亲油的油水分离材料在油水分离时候容易造成油品对分离材料多孔结构的堵塞，影响油水分离的分离效率与分离速率，破坏其重复利用性。受传统的疏水亲油材料的启发，具有超疏油/超亲水性能的油水分离材料也逐渐成为研究热点。