[发明专利]一种基于聚醚醚酮的高性能油水分离材料、制备方法及其应用

说明书

一种基于聚醚醚酮的高性能油水分离材料、制备方法及其在油水分离中的应用，属于高分子材料技术领域。本发明通过界面表面能的调控工艺，实现了分离材料高通量与高分离效率的最佳匹配。同时材料具有高强度，优异的耐腐蚀、耐溶剂和耐热稳定性，可以用于具有腐蚀环境及有机溶剂分离系统中。从而实现如下几种油水混合物的分离：水‑食用油、水‑液体烷烃、水‑卤代液体烷烃，分离效率≥99％。使用过的亲水或疏水处理的PEEK纤维布或纤维毡分别浸泡在6mol/L H₂SO₄、6mol/L NaOH、6mol/L NaCl水溶液、DMF、二氯甲烷等有机溶剂中500小时及以上，PEEK纤维布或纤维毡的分离效率没有明显下降。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种基于聚醚醚酮的高性能油水分离材料、制备方法及其在油水分离中的应用。

背景技术

高分子分离材料近年来受到人们的广泛关注，其在硬水软化和海水脱盐领域已经起到举足轻重的作用。近年来以重力驱动的高分子油-水分离材料、油-油分离材料在污水处理、石油、化工领域需求紧迫。因此人们开发了多种重力驱动的分离材料，其中包括基于静电纺丝的分离材料、发泡多孔材料等。但大多数材料仅在分离含油废水方面具有很好的效能，在材料的耐久性、耐酸碱及耐溶剂方面存在不足，很难满足实际腐蚀环境及化工环境的需求。聚醚醚酮(PEEK)是一种性能优异的特种工程塑料，具有适用于作为高性能分离膜材料的耐高温、耐腐蚀、耐溶剂的特性，但其仅能采用熔融加工限制了其在孔材料及过滤材料方面的应用。本发明对基于聚醚醚酮纤维制备的薄膜及纤维毡进行界面修饰，调控材料表面界面能，开发了性能优异的油水分离材料，其在分离材料领域有广泛应用前景。

发明内容

本发明提供了一种基于PEEK纤维的表面亲疏水化修饰制备的高性能油水分离材料。本发明通过界面表面能的调控工艺，实现了分离材料高通量与高分离效率的最佳匹配。同时材料具有高强度，优异的耐腐蚀、耐溶剂和耐热稳定性，可以用于具有腐蚀环境及有机溶剂分离系统中。本发明选用聚醚醚酮纤维复丝为原料，每根复丝包含30～50根单丝，由复丝编织成纤维布或纤维毡。纤维毡和纤维布的制备方法参照如下专利：纤维布(专利：CN105887271 B)，纤维毡(专利：CN 108499222 A)。

本发明所述的一种基于聚醚醚酮的高性能油水分离材料的制备方法，其步骤如下：

1)PEEK纤维布或纤维毡的表面亲水化处理：

纤维的表面磺化亲水处理：如图1所示，室温下，在100～250mL二氯甲烷或三氯甲烷中加入0.1～0.3mL氯磺酸作为磺化剂，再放入面积为(4～6)cm×(4～6)cm的PEEK纤维布(厚0.16～0.19mm)或纤维毡(厚1.6～1.8mm)，浸泡1～10min后取出，再依次用150～250mL乙醇和去离子水浸泡、清洗4～6次，并于110～130℃烘干8～15h，得到纤维表面连接有磺酸基团的亲水PEEK纤维布或纤维毡；

纤维的表面羟基化亲水处理：室温下，将面积(4～6)cm×(4～6)cm的PEEK纤维布(厚0.16～0.19mm)或纤维毡(厚1.6～1.8mm)置于容器中，加入0.3～0.8g的NaBH₄或NaH作为还原剂和60～150mL二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，在氮气或氩气氛围中加热至100～180℃，回流4～10小时后取出PEEK纤维布或纤维毡，再依次用150～250mL乙醇和去离子水浸泡、清洗4～6次，并于110～130℃烘干8～15h，得到纤维表面连接有羟基的亲水PEEK纤维布或纤维毡；

2)PEEK纤维布或纤维毡的表面氟化疏水处理