[发明专利]一种基于3D打印的超疏水填料及其制备方法和在油水乳液分离中的应用

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的超疏水填料及其制备方法和在油水乳液分离中的应用；制备的一种基于3D打印的超疏水填料具有性能优异、传质效率高、设计与制造精确、可循环再生、可降解以及将油水乳液破乳并选择性吸附的效果，通过3D打印技术直接加工成型，制备过程简单，成本低廉，具有良好的放大生产前景，可广泛应用于污水处理、海洋油污回收、石油生产及工业破乳等领域；制备经过化学修饰方法，能够从微米、纳米尺度增加填料主体结构表面的粗糙度，进而增加填料表面的疏水和亲油特性。

技术领域

本发明属于化学化工、高分子功能材料技术领域，具体涉及一种超疏水填料及其制备方法和在油水乳液分离中的应用。

背景技术

填料塔是一种以气液或液液两相接触传质和反应的设备，广泛地用于化工、轻工及环保等领域的化工分离过程，填料性能直接影响填料塔的处理能力，而填料内部结构直接影响填料的传质效率。对填料内部结构的精确设计和制造，能够优化填料的传质效率，保证填料高效率工作。3D打印技术经过近年来的发展已日趋成熟。目前基于熔融堆积的3D打印技术能够加工的物件精确度能够达到10μm，能够满足工业以及日常生活需求。此外3D打印技术具有加工快速、定制化、可快速放大等特点，非常适合短时间、定制化、小批量、低成本的生产过程。

工业生产过程中排出的含油类物质的废水是常见的环境污染源之一，严重威胁着人类的健康和社会的发展。传统的油水分离方法存在分离效率低、能耗高以及容易造成二次污染等问题，且这些方法大多只能有效分离浮油和分散油，对于乳化油这类稳定存在且油滴粒径较小(小于10μm)的油类污染源分离效果不佳。

现有技术中常用于油水乳液的分离方法主要有：化学凝聚、电解及电磁吸附等，但这些方法依然存在耗能高、耗时长及工艺复杂等问题。

超疏水超亲油材料因其独特的表面润湿特性，以及在限域的环境下能够对水和油产生排斥和亲和两种截然相反的作用，近年来被逐渐应用于油水分离领域，其应用形式主要有筛网、膜、织物及海绵等。在分离油水乳液方面，超疏水海绵具有独特的优势，其丰富的孔道结构能够增强油水乳滴与材料表面的接触效果，促进油水乳滴的破乳，从而完成油水乳液的分离过程。然而由于海绵制造工艺的复杂性，以及不同批次海绵内部孔道的随机性，均导致了超疏水海绵在油水分离实际应用过程中的不稳定。因此亟需一种能够高效优质的进行油水乳液分离的材料及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于3D打印的超疏水填料，该超疏水填料以聚乳酸为原料，利用3D打印技术的定制化及快速制造的优势，利用疏水纳米颗粒进行原位修饰，具有性能优异、传质效率高、设计与制造精确、可循环再生、可降解以及将油水乳液破乳并选择性吸附的效果。

本发明的另一个目的在于提供一种基于3D打印的超疏水填料的制备方法，将3D打印出的填料主体结构依次经刻蚀溶剂、黏附剂溶液以及疏水纳米微球悬浮液浸泡后得到超疏水填料，该方法操作简单、成本低廉，制备的超疏水填料性能优异、传质效率高、对油水乳液的分离效率高。

本发明的另一个目的在于提供一种基于3D打印的超疏水填料在油水乳液分离中的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于3D打印的超疏水填料，采用3D打印工艺形成填料主体结构，所述填料主体结构为圆环柱或者内部设置有隔板结构的圆环柱，且所述填料主体结构表面通过下述步骤进行超疏水修饰：

步骤1，将所述填料主体结构浸泡在刻蚀溶剂中30-120min后用无水乙醇冲洗数次，洗去残余刻蚀溶剂，得到刻蚀后的填料；

步骤2：将步骤1得到的刻蚀后的填料浸泡在黏附剂溶液中6-12h后用蒸馏水冲洗数次，洗去残余黏附剂，得到黏附剂修饰的填料，其中黏附剂溶液的浓度为1-5mg/mL；