[发明专利]一种超疏水/超亲油多层次结构聚醚砜油水分离膜及其制备方法

说明书

一种超疏水/超亲油多层次结构聚醚砜油水分离膜及其制备方法，属于油水分离材料技术领域。本发明以聚醚砜、二氧化硅微粉、硅酸四乙酯和十六烷基三甲氧基硅烷作为基本原料，通过非溶剂致相法和溶胶凝胶法两步制得一种超疏水/超亲油多层次结构聚醚砜油水分离膜。本发明制备的超疏水/超亲油多层次结构聚醚砜油水分离膜，拥有优异的超疏水特性，接触角大于150°，滚动角小于10°，油接触角小于10°。具有高孔隙率和高通量的特性，孔隙率可高达79.59％，通量可高达2388.53L/h·m²。能有效分离不同种类的油包水型乳液，对于无乳化剂乳液分离效率大于99％，对于含乳化剂型乳液分离效率大于98％。

技术领域

本发明属于油水分离材料技术领域，具体涉及一种超疏水/超亲油多层次结构聚醚砜油水分离膜及其制备方法。

背景技术

随着石油、化工、机械制造、金属冶炼、纺织等行业的迅猛发展，每天都有大量乳液废油产生。如果直接排放将会对人类健康和生态良好造成危害。由于乳化剂的存在，含微米纳米级粒径水滴的水/油乳化体系能十分稳定的存在，所以难以有效分离。传统的分离方法物理沉降、化学破乳和生物处理等常规方法往往涉及低分离效率和二次污染的问题而影响实际应用。因此，有效地乳液分离对学术界来讲仍然是一项重大挑战同时也是一项社会性热点课题。

中国专利CN 109763316 A公开了一种耐久高效快速的超疏水油水分离棉织物的制备方法及应用。该发明能持久快速且有效分离油水混合物，但是无法分离油包水型乳化液。中国专利CN 109173346 A公开了一种具有光滑表面的油水分离膜的制备方法及应用。该发明能高效分离油水混合物和油包水型乳液，但制备方法中以表面具有二氧化硅粗糙结构的聚合物膜作为固体基底，而二氧化硅的粗糙结构需要进行氟化处理，造成昂贵的成本代价同时对环境造成一定污染。

Wang等人(Separation and Purification Technology 212(2019)597–604)制备了一种超疏水介孔二氧化硅气凝胶膜，能够高效分离含乳化剂的稳定型油包水型乳液，并且分离效率达到99.9％以上，但是由于为介孔分离膜，而存在通量低和所能分离的乳液粒径范围过小的问题，并不宜推广此种方法。

因此高效的、制作工艺简单的、低耗费的分离手段一直是被期待的。本发明提供了一种超疏水/超亲油多层次结构的聚醚砜油水分离膜及其制备方法，无需通过氟化处理和依赖昂贵的设备支持，即可达到有效快速分离油包水型乳液，对于油水分离膜的发展具有非常重要的意义。

发明内容

在所论述的现有技术的背景下，本发明提供了一种超疏水/超亲油多层次结构聚醚砜油水分离膜及其制备方法，本发明以聚醚砜、二氧化硅微粉、硅酸四乙酯和十六烷基三甲氧基硅烷作为基本原料，通过非溶剂致相法和溶胶凝胶法两步制得一种超疏水/超亲油多层次结构聚醚砜油水分离膜。

本发明提供的一种超疏水/超亲油多层次结构聚醚砜油水分离膜的制备方法，其步骤如下：

1)将2.2～2.8g、熔融指数0.5～1g/10min的聚醚砜(350℃，5Kg)，0.4～2.0g、粒径50～80μm的二氧化硅微粉(购自阿拉丁试剂公司)和0.4～0.8g聚乙烯吡咯烷酮依次加入到装有14.4～17gN,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺的称量瓶中，在50～80℃下加热搅拌0.5～1h后得到铸膜液并真空脱泡；然后将得到的溶液倒在表面粘有800～1200目滤布(涤纶或丙纶类的长纤斜纹滤布)的聚四氟乙烯模具上，于空气中静止20～50秒后将聚四氟乙烯模具连同滤布转移至蒸馏水中交换6～12h，将滤布从模具上取下并把膜从滤布上剥离，得到非对称单侧含二氧化硅的多孔聚醚砜膜；

2)将0.727～2.18g十六烷基三甲氧基硅烷加入到30～90mL、pH＝8～9的氨水和乙醇的混合溶液中，然后将步骤1)中得到的多孔聚醚砜膜浸入，在60～70℃下水解1～1.5h，最后用60～70℃乙醇冲洗水解后的多孔聚醚砜膜1～3次；