[发明专利]一种改性聚偏氟乙烯超疏水材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于油水分离材料技术领域，具体涉及一种改性聚偏氟乙烯超疏水材料及其制备方法。

背景技术

石油化工，机械加工，采矿业，皮革，医药等领域，每年都有大量的工业含油废水需要排放，如果直接排入水中，势必将造成极大的环境污染，并会威胁人类的健康。随着人们对环保重视程度的加深，以及各项环保法规的实施，含油废水的处理越来越得到重视。

如何消除石油行业对水的污染以及各种意外漏油事件是一个世界难题。有许多方法已经应用于消除油污染，比如，刮油机，离心机，磁分离，悬浮技术等。但更大的挑战是寻找一种既能满足日益严格的环保标准又能取得经济效益的材料。利用超疏水和超亲油材料简单有效地从水中分离过滤掉油具有广阔的应用前景的。目前，一些材料已被开发用于这一目的，其中包括；钛氧化物涂层网格，氧化亚铜涂层铜网，棉絮状的微孔凝胶，聚偏氟乙烯(PVDF)膜，聚四氟乙烯(PTFE)涂覆网格，三氯甲基硅烷涂覆涤纶织物，纳米反应材料，交联吸油聚合物凝胶和氮化硼纳米管网格。上述这些研究，对于寻找一种具有新型材料是十分重要的，这种新材料应具有高的油水分离效率及好的重复利用率。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种白色结晶聚合物，具有良好的化学稳定性，室温下耐酸碱腐蚀。PVDF具有较好的对称结构，结晶性能较好，使得PVDF材料具有较好的强度，而非结晶部分又使PVDF材料具有较好的韧性，且PVDF具有很好的疏水性和吸油性，使其成为进行油水分离的较理想的材料。

CN102688707A公开了一种氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜的制备方法，包括以下步骤：1)以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，分别加入氧化石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯，通过加热搅拌后得到铸膜液；2)将铸膜液放在清洁的玻璃板上，用涂膜器刮成一定厚度后进入蒸馏水，脱落、晾干后得到氧化石墨烯/聚偏氟乙烯复合超滤膜；通过上述方法制备得到的超滤膜亲水性优良，抗污染性得到增强。

现有技术中，用于油水分离的聚偏氟乙烯材料制备过程复杂，材料的疏水性和吸油性都有待进一步提高，油水分离的效率受到影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性聚偏氟乙烯超疏水材料，从而解决现有聚偏氟乙烯油水分离材料疏水性和吸油性有待进一步提高的问题。

本发明的第二个目的是提供上述改性聚偏氟乙烯超疏水材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种改性聚偏氟乙烯超疏水材料，由包括以下步骤的方法制备而成：

1)将聚偏氟乙烯溶于二甲基甲酰胺制成聚偏氟乙烯溶液；

2)将石墨烯或氧化石墨烯加入步骤1)所得聚偏氟乙烯溶液中，混合得到混合液；所述氧化石墨烯与聚偏氟乙烯的质量比为1～5:100；

3)在密闭条件下，将步骤2)所得混合液与甲醇接触传质，得到凝胶；

4)将步骤3)所得凝胶置于水中除去凝胶中二甲基甲酰胺，后取出，得到半成品；

5)将步骤4)所得半成品冷冻干燥，即得。

本发明所提供的改性聚偏氟乙烯超疏水材料，是通过相转化法得到凝胶结构，进而通过除溶剂、冷冻干燥过程得到最终成品。相转化法是通过配制一定组成的均相聚合物溶液，利用一定的物理方法改变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终转变成一个三维大分子网格式的凝胶结构。步骤3)是通过湿法相分离手段改变聚合物溶液的热力学状态，再经过相分离形成聚合物富相和聚合物贫相，其中聚合物富相固化形成支撑体，聚合物贫相洗脱后形成空孔结构，最后形成多孔结构的聚合物膜。

本发明所提供的改性聚偏氟乙烯超疏水材料，通过控制石墨烯或氧化石墨烯与聚偏氟乙烯的质量比和制备过程的工艺参数，得到具有超疏水和优良亲油性的改性聚偏氟乙烯超疏水材料。本发明所提供的改性聚偏氟乙烯超疏水材料可用作油水分离用膜材料。

步骤1)中，每1g聚偏氟乙烯对应二甲基甲酰胺的加入量为10～15ml。

步骤3)为步骤2)所得混合液与甲醇接触传质过程。实现接触传质的方法很多，如控制甲醇气体进入混合液中即可；可使甲醇通过缓慢挥发进入装有混合液的容器中实现与混合液的接触传质。优选的，步骤3)中，传质的时间为3～7d。步骤3)通过密闭条件下的传质过程，甲醇缓慢进入混合液中，聚偏氟乙烯复合材料逐渐成为凝胶状，保证了传质过程稳定、均匀的进行，可保证聚偏氟乙烯材料的结构具有良好的均匀性、一致性。

步骤4)中，除去凝胶中二甲基甲酰胺所用的时间为3～7d。通过凝胶与水的充分混合，可以将凝胶中的DMF完全溶解出来。