[发明专利]一种油水分离材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种油水分离材料及其制备方法和应用，尤其是利用硅纳米粒子修饰材料表面使其具有超疏油性的方法，以及利用该油水分离材料处理含油废水的方法及应用。

背景技术

随着科学技术的不断进步，环境污染和治理成为人们日益关注的话题。含油废水的来源比较广泛，在石油生产、储存和运输、炼油、化工、餐饮以及机械制造、食品加工等行业中都会产生大量的含油废水，严重危害生态环境和人类健康，因此含油废水的高效处理成为人们关注的热点。传统的含油废水处理工艺存在投资费用高昂、分离效率低，易造成二次污染等缺点。

仿生材料是指模仿或利用生物体具有的结构和生化过程，通过设计、制造，进而达到、甚至超过生物优异性能的材料。近年来，伴随超疏水的研究，超疏油表面的制备也开始引起人们广泛关注。超疏油表面在人们的日常生活和工业生产中具有十分重要的意义和广泛的应用前景。

将水滴或油滴在固体表面接触角大于150°的表面称为超疏水或超疏油表面；将水滴或油滴在固体表面接触角小于5°的表面称为超亲水或超亲油表面。固体表面的超疏油性由其表面的微纳米阶层结构及低表面能化学组成协同产生。超疏油表面的制备方法有电纺丝法、电沉积法、化学气相沉积法、水热法、溶胶-凝胶法和分子自组装法等。

目前为止，已开发出多种材料如聚苯乙烯、二氧化钛纳米粒子、氧化锌纳米粒子等用作多级结构层组装材料，构筑超疏油表面。但这些材料制备较为繁琐、环境不友好，形成超疏油涂层的机械强度及其与不同基底之间的牢度一直是相关研究的瓶颈问题。

发明内容

本发明利用二氧化硅纳米粒子的特殊结构，经仿生贻贝足丝蛋白生物黏附，解决了超疏油涂层与基底之间的牢度问题，制备出了一种油水分离效率高、分离速率快、重复使用性优越和可生物降解的超疏油超亲水的油水分离材料。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种具有油水分离功能的二氧化硅纳米粒子修饰材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将盐酸多巴胺和二氧化硅纳米粒子加入水中搅拌，制备得到悬浮液，所述悬浮液的pH为8-12；

(2)将多孔基底材料浸泡入步骤(1)制备得到的悬浮液中搅拌沉积，制备得到具有油水分离功能的二氧化硅纳米粒子修饰材料。

所述制备方法中，所述基底材料的孔径为10-150μm，优选为15-130μm，更优选为20-50μm。

本领域技术人员可以理解，所述多孔基底材料可以是片状、层状或块状等本领域中已知或常见的物理形态，包括但不限于织物、金属网、多孔块状材料、滤纸等。片状或层状多孔基底材料的孔径可以为10-300μm，优选为15-150μm。多孔块状材料的孔径可以为10μm-1mm，优选为100-800μm。

织物可以是由合成纤维或/和天然纤维构成的纯纺织物、混纺织物或混并织物，例如：棉织物、麻织物、毛织物、丝织物、涤纶纤维织物、涤棉混纺织物、无纺织物等。金属网可以是不锈钢网、铜网、铁网、钛网、铝合金网等。多孔块状材料可以是海绵和金属泡沫等。

优选所述多孔基底材料为织物，更优选为棉织物。优选织物的孔径为10-300μm，优选为15-150μm，更优选为20-100μm。

优选多孔基底材料在浸泡入悬浮液之前进行清洁处理，例如用有机溶剂清洗金属网，用水清洗织物等。进一步在清洁之后将基底材料干燥。

所述制备方法中，所述步骤(1)的悬浮液中，盐酸多巴胺的质量百分比含量为0.05-5wt％，优选为0.1-4wt％，进一步优选为1-3wt％，更优选为1.6-3wt％。

悬浮液中，二氧化硅纳米粒子的质量百分比含量为0.15-15wt％，优选为0.5-10wt％，进一步优选为0.8-5wt％，更优选为1-3wt％。

二氧化硅纳米粒子粒径为10nm-160μm，优选为10nm-100μm，更优选为10nm-1000nm，最优选为10-200nm。

本领域技术人员可以理解，本领域常规和已知的粉碎方法，例如研磨、辊磨、球磨等，都可用于将二氧化硅纳米粒子粉碎至所需粒径。