[发明专利]一种用于油水乳液分离的水下超疏油且油下超疏水材料及其无溶剂制备方法

说明书

本发明公开了一种无溶剂法制备水下超疏油且油下超疏水纤维膜用于油水乳液分离。该方法的特点是纳米二氧化硅吸附Fe³⁺后组装到滤纸纤维表面，然后通过气相聚合法沉积聚吡咯。所得滤纸纤维膜兼具有水下超疏油(OCA=165°)和油下超疏水(OCA=159°)功能，仅在重力作用下即可分离油包水和水包油两类微乳液，分离效率99%，流量300L/m²/h。本方法原料廉价易得，制备条件温和，气相聚合法不仅避免了溶剂的使用，而且原料用量更少。此外，该材料耐久性好，可循环使用，克服了现有过滤式破乳网膜只能分离一类油水乳液且稳定性差的弊端。该超疏液纤维膜在油水分离尤其是乳液分离以及含油污水处理等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明叙述了一种无溶剂制备水下超疏油且油下超疏水纤维膜用于油水乳液分离，属于功能材料技术领域。

背景技术

随着近海石油的开采以及石油运输过程中油品的泄露造成海洋生态灾难，工业生产过程中产生大量的含油废水，这不仅导致能源浪费，而且对人类健康和生态环境造成了极大的危害，因而，油水分离成为一个广受关注的全球性难题。相比于分相油水混合物，乳化态油水混合物由于油滴粒径小（ 20 μm），油水界面稳定，难以聚结，因而难以通过传统的重力法有效分离，而化学絮凝、高压电破乳等方法存在二次污染和高能耗等缺陷，难以大规模应用。因此，油水乳液是目前分离的难点和重点，提供一种高效、可广泛适用的方法用于分离油水乳液，尤其是表面活性剂稳定的油水乳液极为重要。

为了寻求高效经济的分离途径，人们通过改变材料的浸润性发展了一系列新型的油水分离材料，例如超疏水/超亲油多孔膜，水下超疏油/超亲水膜、高吸附能力的石墨烯海绵以及改性的聚氨酯海绵等多孔整体材料。这些材料可通过高选择性吸附或过滤的方式，实现油水混合物的分离，但大部分材料仅能分离分相油水混合物。即使有一些材料能用于油水乳液分离，但通常只能用于单一油包水或者水包油乳液的分离。因此，制备出价格低廉，绿色环保，且能够同时分离油包水和水包油乳液体系的功能材料迫在眉睫。

可用于油水乳液分离尤其是同时适用于油包水和水包油乳液体系分离的材料对其表面结构和化学性质要求较高，报道相对较少。薛立新等制备出PVDF 膜实现了油包水和水包油乳液体系的分离（Adv. Mater. 2014, 26, 2943−2948），刘燕等在160 ℃下水热制备了二氧化钛负载的铜泡沫，通过预润湿的方法分离了油包水乳液和水包油乳液（ACSAppl. Mater. Interfaces 2018, 10, 9841-9848）。另外，张涛等人以花粉为原料，通过高温碳化或者蒸汽活化分别用于分离油包水乳液和水包油乳液（CN 108992972 A）。然而，上述材料很难兼具水下超疏油和油下超疏水性能，因而难以同时分离油包水乳液和水包油乳液，通常需要在使用前进行预处理，并且材料的稳定性比较差，难以循环使用；另外，材料的制备过程复杂、需要特殊的设备，制备条件苛刻，通常使用VOCs为溶剂和有害物质，耗时昂贵，不符合当前绿色化学的理念，且远不能满足其广阔的应用领域。

发明内容

基于此，我们通过气相聚合法制备了SiO₂/导电聚合物复合膜，与湿化学法相比，无需溶剂及后处理，物料使用量更少，且不产生VOCs污染物，制备工艺简单易行。重要的是，所得多孔膜材料兼具水下超疏油和油下超疏水功能，可同时用于油包水和水包油乳液体系的分离且稳定性强，在复杂污水处理及石油开采等方面有巨大的应用市场。

本发明目的在于推广一种无溶剂法制备兼具水下超疏油和油下超疏水的纤维膜，并用于多类油水乳液的分离。与湿化学法相比，无需溶剂及后处理，物料使用量更少，且不产生VOCs污染物，制备工艺简单易行。所得多孔膜材料可同时用于油包水和水包油乳液体系的分离，分离效率高且可循环使用，解决了现有超浸润材料分离油水乳液种类单一，循环稳定性差以及制备过程中会产生大量有害污染物的问题，气相法制备的导电聚合物耐有机溶剂、与基底结合力强，从而可延长材料使用寿命。