[实用新型]一种超亲水并且水下超疏油的陶瓷膜

说明书

技术领域

本实用新型属于功能性材料技术领域，具体涉及一种超亲水并且水下超疏油的陶瓷膜。

背景技术

膜分离是当代高效分离新技术，被广泛应用于环境保护和污水处理、生物医学等领域，为循环经济生产提供了新的途径。陶瓷膜是由经过高温烧结的陶瓷材料制成的分离膜，由于具有独特的强度及耐腐蚀性，其一进入市场便成为膜领域发展最为迅速、也最有发展前景的品种之一。

随着人们对自然界中特殊浸润性表面的深入研究，有关特殊浸润性表面的制备方法不断涌现。目前大多报道的方法都集中在将石油从水中分离出来。现有技术中，陶瓷膜主要在水相体系中应用，在分离油相时，由于现有油水分离陶瓷膜材料，油污往往会粘附到材料表面和孔隙中，很难清除，使得膜的过滤通量低，分离的效率下降，导致设备投资成本及使用成本较高，难以实现市场化。

专利CN1336352A公开了一种二氧化钛光催化自洁陶瓷及其制备方法，其在陶瓷本体上或陶瓷制成品的釉面上紧密复合有由纳米二氧化钛为主要成分的光催化薄膜和低温釉，将二氧化钛溶胶负载到陶瓷釉面，烧制成所需的二氧化钛光催化自洁陶瓷。但该方法制备的二氧化钛光催化自洁陶瓷中的二氧化钛的耐久性较低，且容易中毒失活，影响其使用寿命。2015年，Li等利用阳极氧化在泡沫钛表面制备了TiO₂纳米管来进行油水分离，但该方法提及的超亲水性稳定性不好；同时纳米管结构不利于超亲水界面的构筑(J.Mater.Chem.A,2015,3,1279)。

实用新型内容

本实用新型提供了一种超亲水并且水下超疏油的陶瓷膜结构，以多孔陶瓷膜为基底，基底表面排列着纳米级的柱状二氧化钛，即二氧化钛呈柱状结构，其直径与高度在纳米尺度，在基底表面形成二氧化钛纳米阵列。

即，本实用新型在多孔陶瓷基底表面结合二氧化钛，二氧化钛材料具有超亲水性、化学稳定性好、耐腐蚀性强等特点，并且本实用新型中，二氧化钛在多孔陶瓷基底表面形成二氧化钛纳米阵列，一方面纳米阵列特殊的形貌使比表面积极大，进一步增强亲水性能，另一方面纳米阵列结构能够显著提高基底表面粗糙度，在油水分离过程中，在增强亲水性的同时有效阻挡油分子，实现了水下超疏油性能。实验证实，本实用新型的陶瓷膜结构对水的静态接触角小于10°，水下对油的接触角大于150°，可作为油水分离膜使用，具有优异的油水分离效果和抗污损效果。

所述的多孔陶瓷膜不限，包括多孔氧化铝陶瓷膜等。

所述的油种类不限，包括植物油、矿物油或有机溶剂，例如甲苯乳化油、氯仿乳化油，乳化食用花生油等。

本实用新型还提供了一种制备该超亲水并且水下超疏油的陶瓷膜的方法，包括以下步骤：

(1)以多孔陶瓷膜为基底，在清洗后的基底表面制备一层金属镀钛层，得到镀钛陶瓷膜；

所述的基底的清洗处理方法不限，作为一种实现方式，依次将基底放入去离子水、无水乙醇中进行超声波清洗；

在基底表面制备金属镀钛层的方法不限，包括利用化学沉积或者物理沉积，例如磁控溅射技术等。

(2)将镀钛陶瓷膜放入氧化溶液中进行氧化，然后用去离子水清洗，之后进行干燥；

所述的氧化溶液中包括质量百分比浓度为双氧水、硝酸与三聚氰胺，浓硝酸与双氧水的体积比为(1-5)：(50-100)，三聚氰胺与双氧水的质量体积比为(50-100)：(1-5)mg/ml。其中，双氧水用于将钛氧化为二氧化钛；浓硝酸一方面能够氧化钛，另一方面能降低溶液pH值和稳定二氧化钛溶胶，减少溶液中溶胶成核，从而促进纳米级的柱状二氧化钛的生长；三聚氰胺在酸性条件下水解产生的氨离子，能够促使纳米阵列的选择吸收二氧化钛。

作为优选，所述的双氧水的质量百分比浓度为30％。

作为优选，所述的浓硝酸的质量百分比浓度为60％-98％。

作为优选，所述的氧化时间为2-4小时。

所述的氧化溶液的配置方法不限，包括将双氧水、浓硝酸与三聚氰胺搅拌混合，直至三聚氰胺完全溶解。所述的混合温度优选为80℃。

综上所述，本实用新型在多孔陶瓷基体上生长二氧化钛纳米阵列，由于二氧化钛的超亲水性，提高了基体的在水下疏油性。其中，采用磁控溅射技术在多孔陶瓷膜上镀金属钛层，

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型的陶瓷膜使用材料无毒无污染，具有超亲水，水下超疏油性质，在油水分离时能够防止堵塞陶瓷微孔，使用方便；作为分离乳化油时的材料安全、经济、环保，分离乳化油效率高，具有机械强度大、重复使用率高、性能稳定、水面阻力小等特点；