[发明专利]一种超疏水海绵的制备方法及其在油包水乳液分离中的应用

说明书

本发明公开了一种超疏水海绵的制备方法及其在油包水乳液分离中的应用，解决了超润湿材料制备过程复杂、成本高以及孔径较难控制的问题。具体步骤如下：利用胺与丙烯酸酯基团之间的1，4‑共轭加成反应，在海绵表面构造微纳米复合物，随后与含有胺基的长链烷烃反应，降低材料的表面能，从而获得具有超疏水特性的海绵材料。通过机械挤压的方式，有效降低了海绵材料的孔径，满足了乳液油水分离对于孔径的要求。与蠕动泵相结合，实现了仅依靠重力驱动的连续式乳液油水分离，分离效率高达99.90％以上，通量高达55000±5000L m^‑2h^‑1bar^‑1。该方法具有操作简单、稳定性强、分离效率高等优点，在实际乳液油水分离方面具有较大潜力。

技术领域

本发明属于环境功能材料技术领域，涉及一种超疏水海绵的制备方法及其在油包水乳液分离中的应用。

背景技术

由于含油废水的排放量日益增加，以及频繁的漏油事故，导致严重的油类污染问题。油水分离是处理含油废水的重要手段，但是油水分离特别是乳液油水分离，仍然是世界性的难题。在表面活性剂的作用下，油水混合物容易形成液滴直径小于20μm的微乳液，导致乳化的液滴不能够有效的聚集。与不溶性油水混合物相比，乳液的成分更加复杂，并且具有较强的热力学和动力学稳定性，进一步增加了分离的困难。根据组成，乳液可分为水包油乳液和油包水乳液两种类型。传统的乳液分离方法，如离心法、超声法、加热法、凝聚法等，存在能耗高，效率低以及二次污染的问题。如今，许多开创性的工作致力于设计超润湿材料用于乳液油水分离。例如，许多超疏水超亲油材料能够用于油包水乳液分离、超亲水超疏油材料用于水包油乳液分离，以及智能超润湿材料用于油包水和水包油两种类型的乳液分离。靳健课题组首先报道了一种超疏水/超亲油聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，用于油包水乳液分离。(Advanced Materials，2013，25，2071-2076.)然而，制备过程复杂，成本高，稳定性差是超润湿材料存在的普遍问题(CN104606925A，CN106698583A，CN107118386A，CN102228884A)。

超润湿材料应用于乳液油水分离的原理可概括为两个主要部分。第一，超润湿材料利用其特殊的润湿性能，能够破坏乳液的稳定性，诱导乳化的液滴破乳。第二，基于size-sieving作用，超润湿材料依靠自身的微纳米级孔径，能够阻隔乳化的液滴，实现乳液分离。目前，超润湿材料用于乳液油水分离采用的普遍方法是使用化学物质堵孔，从而降低材料孔径，满足乳液分离的要求(CN104998552A)。但是，这种方法往往存在制备过程复杂、稳定性差、长期使用后分离效率大大降低的问题。本发明依靠自制的模具，采用一种简单的机械挤压的方式，能够大大降低材料的孔径，具有操作简单，容易控制，成本低廉的优点。利用蠕动泵，能够实现连续式乳液油水分离，仅依靠重力驱动，表现出高通量和高分离效率。

发明内容

本发明针对目前超润湿材料进行乳液油水分离中存在的问题，提供了一种新型超疏水海绵的快速制备方法及其在乳液油水分离中的应用，该制备方法具有反应速度快、环境友好、成本低廉等优点。通过对制备的超疏水海绵采用一种简单的机械挤压处理，能够应用于油包水乳液油水分离，分离效率高达99.90％以上，渗透通量高达55000±5000L m^-2h^-1bar^-1，具有分离效率高、稳定性强、操作简单以及连续分离等优点。

一种超疏水海绵的制备方法及其在油包水乳液分离中的应用，其特征在于，包括以下步骤：首先利用胺与丙烯酸酯基团之间的1，4-共轭加成反应，在海绵的骨架表面引入微纳米复合物，再与长链烷基胺反应，获得超疏水海绵，最后应用于油包水乳液油水分离；

(1)超疏水海绵的制备方法为：

(a)原始海绵在乙醇与蒸馏水的混合溶液中(v∶v＝1∶1)超声洗涤1～2h，烘干后待处理；