[发明专利]一种具有pH响应性油水分离材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有pH响应性油水分离材料及其制备方法与应用。该制备方法先将基材预处理，配置胺类单体溶液，将基材浸泡在胺类单体溶液；然后配置胱胺溶液，将处理后的基材浸泡在胱胺溶液中，清洗干燥后浸泡于还原溶液中；将含不饱和键的功能单体与含不饱和键的pH响应单体溶于有机溶剂中，再加入光引发剂得到混合单体溶液，处理所得基材浸泡于混合单体溶液中，置于紫外光下光照，清洗，干燥。该材料在酸性与中性时表现为超疏水/超亲油性能；在pH＝12时，此材料将会由超疏水/超亲油性能转变为超亲水/水下超疏油性能。本发明实现可控的重油、水与轻油之间的油水分离，在污水处理、油水分离以及处理深海石油泄漏中具有应用前景。

技术领域

本发明涉及油水分离技术领域，特别涉及一种具有pH响应性的油水分离材料及其制备方法与应用方法。

背景技术

工业化的发展与人们日常生活随意排放的含油废水正在影响人类的生存环境，同时大量的有毒物质通过食物链危害着人类的身体健康。因此，研究生产高效处理含油污水和提高油品质的油水分离用功能材料对社会发展具有重要意义。传统的油水处理技术，例如燃烧法、离心分离法、浮选法、电解法、物理吸附法等等，但这些方法都存在诸多缺陷，有的耗能高，费用成本高昂，有点分离效率低，更有甚者添加过多化学药剂造成二次污染。对于未湿润的超亲水/水下超疏油性能的材料，轻油与水都能透过；对于超疏水/超亲油性能的分离膜，轻油透过分离膜但水阻挡了重油的渗透，难以做到完全的油水分离。一些利用刺激响应改变湿润性的油水分离膜就能很好的解决这些问题。

中国发明专利申请CN106243271A通过采用甲基丙烯酸烷基酯、3‐(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸二甲氨乙酯为原料在引发剂存在条件下，通过自由基聚合反应制得含有pH响应基团的共聚物，然后通过与无机粒子混合后涂覆到基材上，制备了pH响应性二维薄膜材料和三维海绵材料并实现了油/水/油三相的油水混合物的分离，但是通过合成聚合物，再修饰到基材上，这种制备方法工艺复杂，而且响应速度慢。

中国发明专利CN103601826B通过聚乙烯醇与全氟羧酸酯化或者先将聚乙烯醇羧基化后再与全氟叔胺中和反应，制备出湿度响应油水分离膜。中国发明专利申请CN105085844A同样采用了聚甲基丙烯酸六氟丁酯等含氟物质制备了温度响应油水分离材料。但用这样的方法得到的分离膜对环境有着极大的污染。

大部分现有技术取得刺激性响应性的材料往往采用了金、银等昂贵原料或者含氟高污染物质，高成本高污染严重限制了它们在实际中的应用。中国发明专利申请CN107881649A通过在电纺加入银纳米粒子，同时需要在高压静电场下纺织，虽然这样的技术成功制备出光热响应油水分离的材料，但一方面银的价格高昂，高压静电场耗能大，另一方面制备工艺复杂，使得这样的方法难以在实际中大面积推广。

发明内容

为克服以上现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供了一种具有pH响应性油水分离材料及其制备方法；该材料在酸性与中性时，表现为超疏水/超亲油性能，在pH＝12时，此材料将会由超疏水/超亲油性能转变为超亲水/水下超疏油性能；同时材料的润湿性在干燥后可以恢复，可循环使用。

本发明的另一目的是提供上述具有pH响应性油水分离材料的应用。

本发明通过在基材上植入巯基，然后将具有pH基团的和功能基团的含不饱和键单体按一定比例在紫外光照下使不饱和键与巯基发生点击化学反应接枝到基材上，即得到pH响应性油水分离材料。本发明利用固体表面润湿性能的变化以及油和水的不同界面效应，实现了可控的重油、水与轻油之间的油水分离，在污水处理、油水分离以及处理深海石油泄漏中具有广阔的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

(1)将基材依次用去离子水、乙醇超声清洗，干燥备用；

(2)配制pH值为6‐10的酸碱缓冲液，将胺类单体溶解到该酸碱缓冲液中，得到胺类单体溶液；