[发明专利]一种高性能表面改性油水分离膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高性能表面改性油水分离膜，制备方法包括以下具体步骤：(1)制备单宁酸水溶液和氯化铁醇溶液，备用；(2)将预处理的基底材料放入所述单宁酸水溶液和所述氯化铁醇溶液的混合液中，依次经过静置、晾干后即得一种高性能表面改性油水分离膜，该方法条件温和、成本低、简单可靠，所制出的油水分离膜有良好的油水分离性能、良好的抗污染性和一定的长时有效性。

技术领域

本发明属于油水分离技术领域，具体涉及一种高性能表面改性油水分离膜的制备方法及应用。

背景技术

石油是当今世界的重要能源和化工原料，涉及面极广，作用极其重要，但是石油开采、储运、化工生产的过程中都会不可避免地产生油水混合物。以石油开采为例，目前广泛使用的注水法开采石油，以高压水驱动石油的流动，伴随开采时间的增加，油井的出水率会逐渐增加，达到50％以上的水平，油品的分离、回注后剩余混合液的无害化处理都是巨大的问题。另一方面，石油泄露事故时有发生，尽管会使用化油剂等进行了回收和处理，但仍对生态环境造成了严重的影响，面对大规模的石油泄露事故，仍没有可靠高效的方法。

目前的油水分离方法有重力分层、离心、超声分离、吸附、生物分解等，但普遍存在分离效率低、能耗高、装置复杂、成本高等缺点；膜分离法简单可靠，低成本高效率且不易对环境产生二次污染，是理想的油水分离方法。

近年来，面向油水分离的新型功能材料研究进展迅速，通过合成或对金属网、棉布、泡沫金属等进行表面润湿性改性达到油水分离的目的，主要有亲油疏水、亲水疏油、智能响应等不同的技术路线，其中亲油疏水型表面改性的方法出现最早，最为成熟；亲水疏油型出现较晚，研究较不充分。水下亲水疏油型分离膜是通过在材料孔隙表面形成亲水膜达到分离的目的，这种方法是实现抗油污的一种有效手段，但是目前油水分离膜都存在制备方法较为复杂、抗污性较弱、可靠性和长时有效性较差等缺点，难以实现工业化生产和大规模应用。

水凝胶涂料是一种富含-COOH、-OH、-NH₂等可形成大量氢键基团的强水合性聚合物材料，利用结构中氢键的强亲水疏油特性实现特殊润湿性表面的构建进而达到油水分离的目的，但水凝胶材料自身存在成膜性较差和机械强度较低的问题，常被用作多孔材料的修饰涂层使用，与基底多孔材料一起构成油水分离膜，例如2013年F.Caruso课题组发现富含儿茶酚基团的单宁酸可与过渡金属离子一步组装成金属-多酚杂化网络(Science,2013,341,154-157)，结果发现，该金属-多酚杂化网络因儿茶酚基团与过渡金属离子间强配位作用而具有较强的结构稳定性，且组装过程简单、快速、可控性强，已经有研究人员将此方法用于油水分离膜的制备，但是由于铁离子的自发集聚性等因素制约，单宁酸-铁离子网络的表面改性方法一直难以实现，成功实现的膜也存在工艺复杂、长时有效性低等缺点；

现有技术中例如一种抗污染高分子-无机杂化膜的制备方法(CN201710655837.3)中，发明人通过单宁-过渡金属离子的原位组装制出了高分子杂化膜，最小水接触角39.6°，0.05MPa压强下纯水通量128～220L/m²·h，处理1000ml正十六烷(接近柴油粘稠度)乳液后清水冲洗，通量恢复率57％～99％，但制备周期很长，药品多样且成本较高，操作繁琐，制备过程中产生了很多有害废弃物；一种基于单宁酸修饰的水下超疏油的油水分离网膜的制备方法(CN201910109567.5)中，发明人通过将分离膜基材在单宁酸和氯化铁溶液中的反复浸泡和表面叔胺化改性成功制备出了一种水下超疏油油水分离膜，分离性能不详，电镜图片展示了其表面的粗糙结构，该分离膜制备周期较长，操作较为复杂；一种双功能金属-有机框架材料改性复合膜及其制备方法和应用(CN202110046032.5)中，发明人通过在基膜表面涂覆金属有机框架胶粘剂成功制备出了一种油水分离和有机污染物吸附的双功能膜，水接触角为0°，0.1MPa下石油醚乳液通量达到150L/m²·h，抗污性和长时有效性不详，该方法制备周期较长，所用药品较少，操作比较复杂。

为此，能够提供一种制备方法简单、高性能的油水分离膜及其制备方法与应用是本领域技术人员亟需解决的问题。