[发明专利]用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水涂层、超疏水材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水涂层、含该涂层的超疏水材料及其制备方法。

背景技术

石油开采、石油化工、化工、交通运输、机械加工、纺织、皮革、医药、食品制造等行业每天都在排放出大量的含油污水。据报道，每年世界上约有500～1000万吨油类通过各种途径流入海洋。由于含油污水的化学耗氧量（COD）高，含油量大，对环境污染严重，特别是近几年发生的漏油事件，更是对我们赖以生存的环境和人类健康造成了巨大危害。对含油污水进行有效的分离和处理既有科学价值，又有社会意义。

目前处理含油污水的常规方法主要有生物法、化学法和物理法等。生物降解法用于处理含油污水中的有机物是公认较好的方法，不会造成二次污染。但目前采用单一菌种处理多种组分有机物效果有限，生化反应器处理强度小，制约生化法处理技术的实际应用。化学法多是利用化学絮凝剂等化学药剂进行处理，简便高效，但是随着含油污水的水质不断地发生变化，原有的水质调节剂、絮凝剂、杀菌剂等水处理剂对变化了的水质处理不能达标。药剂投加量增大又造成水的二次污染，生产成本增加。物理方法又包括重力沉降法、过滤法、吸附法、气浮法、膜分离法、旋流法、聚结分离法等等。膜分离在众多物理油水分离方法中，聚结分离法（粗粒化法）因处理量大、便于综合治理、无需添加药剂、对环境友好可避免产生二次污染、设备相对较为简单、能耗低、易于自动控制而得到广泛应用，也因此，具有更为突出的发展潜力。

聚结法又称粗粒化法，是粗粒化及相应的沉降过程的总称。该法是利用油、水两相对聚结材料亲和力相差悬殊的特性，油滴被材料捕获而滞留于材料表面和空隙内形成油膜，油膜增大到一定厚度时，在水力和浮力等作用下油膜脱落合并聚结成较大的油粒。聚结后粒径较大的油滴更容易从水中被分离。聚结材料是聚结法除油的核心。聚结分离效率与聚结材料的表面尺寸效应、润湿性、Zeta电位、油滴和材料间的相互作用以及表面活性物质的性质等密切相关。聚结材料包括液滴间的碰撞聚结和液滴在固体材料上的润湿聚结，一般认为，当水为流动相，油滴为分散相时，材料的浸润性如果更疏水亲油可以实现好的油水分离效果。

近年来，研究者通过研究具有自清洁功能的荷叶的表面拓扑结构，发现荷叶微观表面非常粗糙，且由超疏水性物质组成，于是，人们开始制备具有特殊浸润性和粗糙表面的油水分离膜，并利用这种特殊分离网膜进行油水分离。

CN1265931A公开了一种网孔为130-200目，利用高压空气吹孔，再喷涂聚全氟乙丙烯粉末，高温熔融等工艺得到的疏水亲油的通油挡水网。喷涂方式得到的涂层厚度不易控制，会造成孔径不均，并且不能应用在200目以上的金属网。CN100344341C公开了一种完全利用全氟烷基硅氧烷形成凝胶膜，虽然性能较好，但是需要大量含氟化学物质，成本和污染就较大。CN1907549A公开了一种不锈钢烧结聚四氟乙烯膜及其制备工艺，经过聚四氟乙烯乳液浸渍和三至四次烧结，在不锈钢网表面形成多孔膜，这种方法孔径不易控制，聚四氟乙烯需要高达380度以上熔融成膜，对基材要求较高。CN101708384A公开了一种油水分离网的制备方法，是利用了化学刻蚀的技术获得纳米尺度的微观突起获得超疏水油水分离网，该网膜不会堵塞网孔，孔隙通透率高，但是需要对基材进行酸刻蚀来得到粗糙度，使得编织网机械强度下降，同时也会造成大量的环境污染。

本发明人的在先申请CN102557481A公开了利用大小两种粒径SiO₂粒子组装覆盆子状球形粒子成功组装出了阶层结构功能涂层。该发明是在平板玻璃基板上首先沉积粒径为10～50nm的SiO₂粒子，然后再沉积一层70～200nm的SiO₂粒子，其仅能应用在平板玻璃上，实现超亲水自清洁防雾的减反增透涂层的制备，其无法直接应用在多孔材质上实现油水分离。

目前，虽然各种油水分离膜已经成功的制备出来，但是针对大量水中的少量油，特别是乳化油的分离仍比较困难，如何绿色、环保、低能耗的处理含乳化油的污水仍是一项技术难题。

发明内容

针对已有技术的问题，本发明的目的在于提供一种用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水涂层、含该涂层的超疏水材料及其制备方法，所述超疏水材料结合特殊浸润性和聚结原理，可实现油水分离，特别是乳化油的分离。