[发明专利]一种用于油水乳液分离的复合纤维膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于油水乳液分离的复合纤维膜及其制备方法，复合纤维膜具有三层复合层结构，包括顺序相邻的支撑层、阻隔层(平均孔径≤3μm)和破乳层(平均孔径≤5μm)，支撑层为多孔材料，阻隔层为第三聚合物(聚偏氟乙烯等)静电纺丝膜，破乳层为第一聚合物(聚乙烯醇等)静电纺丝膜或经过氢氧化钠溶液处理的第二聚合物(醋酸纤维素)静电纺丝膜；制备方法为：采用静电纺丝技术在多孔材料表面先后形成第三聚合物静电纺丝膜和第一(或第二)聚合物静电纺丝膜，得到(或经氢氧化钠溶液处理后得到)复合纤维膜，制备过程中控制纺丝工艺参数以调控静电纺丝膜的尺寸。本发明的复合纤维膜制备方法简单、分离效率高、耐酸碱性能优良且可循环使用。

技术领域

本发明属于化工过程油水分离技术领域，特别涉及一种用于油水乳液分离的复合纤维膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着工业化进程的加快，海上运输业、石油工业、餐饮业、机械工业的发展均会产生油水乳化液，造成大量的油类资源的损失。

水以游离水、溶解水或乳化水的形式存在于油中，游离水和溶解水可通过重力分离等方法将其去除，由于表面活性剂的作用，乳化水的粒径在0.1～10μm之间，能够长期稳定分散在油中，形成复杂的乳浊状态，很难被破坏，如何去除油中的乳化水是油水乳液分离研究的重点和难点。

具有大表面积和高孔隙率的纳米纤维膜因其分离效率高，操作简单，环境友好成为处理油水乳液的有效方法。专利CN104831415A公开了一种以聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇二丙烯酸酯为反应原料的多孔纤维膜，材料对油水乳液分离效果好，但仅为单层静电纺丝膜，不耐循环使用；专利CN106731012A公开了一种PVP/TiO₂复合纤维膜，通过煅烧-水热反应获得超亲水、水下超疏油的多孔超浸润性微纳复合结构膜，对腐蚀性乳液分离较好，但多应用于含油废水处理，其利用水的密度高于油的特性，控制材料首先被水润湿从而水分可迅速通过，而油相被阻隔，因而只能用于水包油型乳液(水为连续相)，也就是含油废水分离，难以用于油包水型乳液的分离，此外，该专利的复合纤维膜需经过500～600℃煅烧，能耗较高；专利CN105413237A公开了一种以改性苯-丙乳液浸渍的疏水亲油滤纸为中间层，上下两侧为涂覆聚全氟乙丙烯层铁丝网的油水分离膜，免去了溶剂和分离设备，但制备过程复杂。

因此，亟待研究一种制备方法简单、分离效率高、耐酸碱性能优良且可循环使用的用于油包水型乳液分离的复合纤维膜。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种制备方法简单、分离效率高、耐酸碱性能优良且可循环使用的用于油包水型乳液分离的复合纤维膜及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于油水乳液分离的复合纤维膜(本发明所分离的“油水乳液”中的“油”可以为柴油、正十六烷、汽油、煤油、大豆油、花生油、菜籽油、芝麻油、玉米油、葵花籽油中的任一种)，具有复合层结构，包括相邻的破乳层和阻隔层；破乳层为具有超亲水和超亲油性能的静电纺丝膜，平均孔径不超过5μm；阻隔层为具有超疏水和超亲油性能的静电纺丝膜，平均孔径不超过3μm；超亲水是指滴在其上的水滴能够在0.2～5s内完全铺展，超疏水是指水滴在其表面的静态接触角大于150°，所有的超亲油都是指滴在其上的油滴能够在0.2～5s内完全铺展。

由于油品中通常含有大量表面活性剂，表面活性剂会降低油/水界面张力从而形成更稳定的油包水乳液，给油水分离造成了极大的挑战。

研究者们通常采用低表面能物质如氟化物、长链烷基链或硅基链修饰或构造粗糙结构以制备疏水-亲油材料对油包水型乳液进行分离，但这些表面结构大多容易受到外界因素的破坏，包括机械力和超高低温、强酸强碱等极端环境的影响。