[发明专利]一种油水分离用柔性Janus分离膜的制备方法和应用

说明书

本发明属于化工分离、环境保护技术领域，涉及柔性Janus分离膜，特别涉及油水分离用柔性Janus分离膜及其制备方法和应用。本发明所公开的油水分离用柔性Janus分离膜，由超疏水/超亲油的ZnO/纤维素膜和超亲水/水下超疏油的超长MnO₂纳米线膜自组装而成，形成双层复合结构，具有各向异性的润湿性能，实现对油包水与水包油型乳液的有效分离。本发明还公开了上述分离膜的制备方法，包括：按每升水加入0.01～1 mol的疏水改性剂，将具有分级结构的ZnO/纤维素膜完全浸没在改性溶液中，改性并干燥得超疏水/超亲油ZnO/纤维素膜；然后固定超疏水/超亲油ZnO/纤维素膜，通过真空抽滤获得柔性Janus分离膜。本发明提高Janus膜的机械稳定性，改善分离性能。所需原材料价格低廉、来源广泛。

技术领域

本发明属于化工分离、环境保护技术领域，涉及柔性Janus分离膜，特别涉及一种油水分离用柔性Janus分离膜的制备方法和应用。

背景技术

随着全球石油相关活动的迅速发展，乳液的排放量日趋增加。由于乳液存在形式多样(包括水包油和油包水型乳液，无表面活性剂和表面活性剂稳定的乳液)、稳定性高(尤其是表面活性剂乳化的乳液)，乳液的有效分离已成为一个严峻的挑战。传统的油水分离方法，例如撇油器，化学聚结，磁分离和电浮选等可以有效分离未乳化的油/水混合物，但这些方法不适用于分离乳化的油/水混合物，特别是表面活性剂稳定的乳液。

由于膜分离技术高的分离效率，相对简单的分离设备，被认为是用于处理油/水乳液最有效的方法。许多研究集中在开发具有特殊表面润湿性的新型膜材料，实现对乳液的选择性过滤，并且获得了令人鼓舞的结果。有研究人员在金属网膜表面电沉积NiO/Ni(OH)₂晶枝获得超亲水/水下超疏油的网膜，实现对于水包油乳液的有效分离(CN105797432A)。类似的结果，构建的超疏水/超亲油分离膜实现对水包油乳液的有效分离(CN107115794A)。但超疏水/超亲油膜只能通过选择性摄取和输送油来从油包水乳液中去除油，不能分离水包油乳液。类似地，超亲水/超疏油膜仅适用于水包油乳液，但不适用于油包水乳液。

由于各向异性的表面活性，Janus膜在两侧具有不同性质(如组分、形态、润湿性和表面电荷)，已经被广泛研究并且显示出在液体定向输送、可切换渗透、气液接触器、雾气收集等方面的应用。在各种Janus膜中，具有不对称润湿性质的膜值得更多关注，因为具有各向异性润湿性的Janus膜能同时显示超疏水和超亲水，只需改变接触待分离乳液中的接触面，即可实现对多种乳液类型的有效分离。因此，具有各向异性润湿性的Janus膜是用于分离各种油/水乳液有吸引力的候选物。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供兼具超疏水/超亲油与超亲水/水下超疏油的Janus膜，克服只具有固定润湿性能分离膜只能分离特定类型乳液的弊端，实现对多种乳液的有效分离。

技术方案：

一种油水分离用柔性Janus分离膜，由超疏水/超亲油的ZnO/纤维素膜和超亲水/水下超疏油的超长MnO₂纳米线膜自组装而成，形成双层复合结构。

本发明的较优公开例中，所述ZnO/纤维素膜厚度0.5～4mm，膜孔径2～2000nm，所述超长MnO₂纳米线膜的厚度为0.1～4mm，膜孔径为1～2000nm。

本发明的较优公开例中，所述超长MnO₂纳米线膜中的超长MnO₂纳米线的长度为2～50μm，直径10～800nm。

本发明的较优公开例中，所述超疏水/超亲油ZnO/纤维素膜中纤维素的直径8～25μm，长度5～200μm；ZnO为阵列或随机排布，长度100～8000nm，直径20～400nm。