[发明专利]用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，特别涉及用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜及其制备方法和用途。

背景技术

随着石油工业和冶金工业的发展，这两种工业所产生的废水也逐年增加，油水分离作为废水处理的一种高效方法，有着巨大的工业应用。但是在这两种工业中，强酸(如浓硫酸)作为催化剂或钝化剂的使用，使其产生的工业含油废水多为强酸性，更有甚者，废液就是油类和浓硫酸的混合液。所以，如何寻找一种方便经济高效的强酸环境下的油水分离方法，成为研究人员广泛关注的课题。

CN1387932A、CN1721030A和CN101518695A中分别分开了具有疏水亲油功能的油水分离网，虽然这些技术方案都具有油水分离的效果，但也有着明显的缺点，如工艺复杂、操作困难等等，但最重要的不足是，这些方法都是在铁等金属网膜表面进行处理，基本不能在强酸环境下使用，尤其是浓硫酸环境。同样，文献Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,2012；ACS Apply.Mater.Interf.2009,1,2613；Adv.Mater.2011,23,4270也报道了用于油水分离的疏水亲油材料，但也同样存在上述类似的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜。

本发明的再一目的在于提供用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜的制备方法。

本发明的另一目的在于提供用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜的用途。

本发明受蜘蛛丝和仙人掌刺能单向驱动液滴的启发，将在气/液/固三相系统中的锥形结构，反相应用于在水相下的水/油/固三相系统，采用塑性模板打孔的方法，得到一种以聚四氟乙烯为材质的具有锥形孔的多孔膜，即本发明的用于强酸(包括浓硫酸)环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜。

本发明的用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜，是在聚四氟乙烯薄片上构筑有锥形孔阵列结构。

所述的用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜对水滴的接触角在100°以上，对油滴的接触角在30°以下。

所述的锥形孔阵列结构中相邻的锥形孔之间的间距和锥形孔的大小均为百微米尺度。优选锥形孔阵列结构中相邻的锥形孔之间的间距为250～500微米。所述的锥形孔的大小是大口端的直径为200～400微米(如图1a所示)，小口端的直径为100～200微米(如图1b所示)。所述的锥形孔的大口端的直径优选为200微米，小口端的直径优选为100微米。

所述的聚四氟乙烯薄片的厚度为0.2～1毫米，优选为0.5毫米。

所述的酸是无机酸。所述的无机酸选自硫酸（包括18.4g/ml的浓硫酸）、硝酸、盐酸等中的一种或几种。

本发明的用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜中的聚四氟乙烯材料本身具有很好的化学惰性，在强酸甚至浓硫酸环境下可以正常使用；而且这种材料有着很好的疏水和亲油性质，对水和油有着截然不同的浸润性质，使由这种材料制备的多孔膜可以很好的应用于油水分离，百微米尺度的锥形孔的孔径可以使油相很轻易地通过多孔膜中的锥形孔，而水相则无法进入或通过锥形孔。而所述的多孔膜的孔为锥形，油滴在孔内的拉普拉斯压(Laplace Pressure)使油滴从锥形孔的大口端向小口端通过较易，从锥形孔的小口端向大口端通过较难；而对于水相，大口端向小口端方向可以承受更大的水压而不透水，小口端向大口端方向能承受的水压较小。由此可见，将膜孔制备成锥形，从大口端向小口端的方向更有利于通油阻水，也更利于油水分离。

本发明的用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜的制备方法为：

将清洁干净的聚四氟乙烯薄片固定，使用针尖为锥形结构的不锈钢针，在该聚四氟乙烯薄片上进行阵列化的打孔，在聚四氟乙烯薄片上构筑锥形孔阵列结构；然后将得到的多孔膜取下，即得到用于强酸环境下的油水分离的具有锥形孔的多孔膜。

所述的在该聚四氟乙烯薄片上进行阵列化的打孔，其可是将针尖为锥形结构的不锈钢针和聚四氟乙烯薄片置于有x-y-z三维控制系统的仪器中(例如：点胶机)，利用该仪器使所述的不锈钢针的针尖在聚四氟乙烯薄片上进行阵列化的打孔。

所述的针尖为锥形结构的不锈钢针也可用市售的缝衣针或针灸针等。