[发明专利]一种电控浸润性的油水分离膜材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有通过电场调节膜浸润性的油水分离膜材料及制备方法，属于新材料技术领域。首先，在预处理的棉织物表面沉积一层聚多巴胺涂层；将修饰后棉织物避光浸入银氨溶液中，在纤维表面原位生长银纳米颗粒层；进一步在银颗粒上接枝一定比例硫醇分子制备出具有pH响应性能的棉织物；最后在pH响应织物表面修饰图案化导电银胶形成导电网络。通过电解水引起电极附近溶液的pH变化来实现膜浸润性转变对比传统添加酸碱试剂的方法具有响应速度快、绿色环保、无二次污染等优点。该分离膜还具有优异的导电性、抗污染性和耐磨损特性。因此，这种简单而低成本地调控膜表面浸润性的分离膜技术有望在含油污水处理领域实现大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及一种油水分离材料，具体涉及一种具有电场调控分离膜浸润性的油水分离膜及其制备使用方法，属于新材料技术领域。

背景技术

频发的溢油事故以及含油污水的超标排放造成严重的环境污染和资源浪费。高效分离含油污水不仅有利于减少环境污染，而且可以节约能源和实现水资源的循环利用。因此，研发高效快速的油水分离技术具有重大意义。

重力、气浮、离心和絮凝是工业中常规的油水分离技术，但这些技术在分离效率和运行成本方面仍有待提高。研究表明膜分离技术具有设备简单、能耗低、分效率高等优点，受到了广泛的关注。得益于分离膜表面的特殊浸润性，具有超浸润特性的油水分离膜分离性能优异，这种浸润性可以通过表面化学修饰和微结构设计获得。尽管这些超润湿性油水分离膜在分离单一油水混合物时表现优异，但是因为这些材料仅具有单一固定的表面润湿性能，例如超疏水/超亲油或超亲水/水下超疏油，所以这使得分离膜难以同时分离不同类型的油水混合物。如果分离膜表面的材料在受到特定外部环境的刺激下具有对水或油的可切换润湿性，分离过程可在“除油”和“除水”状态之间切换，它将为可控过滤远程操作和油水分离过程中的按需自动化等应用提供极大的灵活性。

pH值、温度、电势、光和气体等刺激响应材料被广泛研究，并成功应用于分离膜表面润湿性控制。其中，pH响应特殊润湿材料具有灵敏度高、响应时间短、并且润湿性恢复快等优点，这类材料得到了广泛的关注。pH响应材料一般具有胺基、羧基、磺酸基、吡啶等功能官能团，这些官能团可与溶液中的氢离子和氢氧根离子反应实现质子化和去质子化变化进行质子化和去质子化，从而改变表面的润湿性。现有的pH响应油水分离膜主要通过向溶液中加入酸碱试剂直接调节水相pH值从而实现膜表面的润湿性转变。这种化学试剂直接调控pH值的方法，在使用过程中会消耗大量的酸碱试剂，容易造成二次污染，并增加后续处理成本。为解决这个问题，本研究通过电解水过程在pH响应膜表面原位产生氢氧根离子来调控膜表面的润湿性，在油水分离过程中，原始分离膜为超疏水，可以选择性通过油相并截留住水相。将分离膜接负极，以钛金属片作为正极，施加15伏电压电解水，分离膜表面产生大量氢氧根离子，附近溶液逐渐转变为碱性，分离膜表面的硫醇去质子化使得浸润性转变为亲水。此时分离膜选择性通过水相并截留住油相。该分离膜将电解水过程与pH响应引起的润湿性转变相结合，快速可靠地实现油水混合物按需分离。相比传统方法具有动态响应迅速、绿色环保、无二次污染、可重复使用性能强等优点。

首先,我们对棉织物进行预清洗并浸入NaOH溶液中水解一段时间；接着在棉布表面沉积一层聚多巴胺涂层；将聚多巴胺修饰的棉织物浸入银氨溶液中在表面还原生长出银纳米颗粒层；然后将棉织物浸入混合硫醇溶液中，从而得到具有pH响应性能的棉织物；最后在修饰后的棉织物表面添加一层图案化银胶获得具有电场调节膜表面润湿性能的油水分离膜材料。通过电解水引起电极附近溶液的pH变化对比传统添加酸碱试剂来实现膜表面润湿性转变的方法具有绿色无毒、无二次污染、可重复使用性能强等优点。该分离膜具有优异的抗污染性能与耐磨损性能，同时具有导电性能的柔性分离膜具有更强的适应性。因此，这种简单而低成本的通过电场调控膜表面润湿性的分离膜技术有望在含油污水处理领域实现大规模推广应用。

发明内容

本发明目的是制备一种通过电场调控膜表面润湿性能的油水分离膜。