[发明专利]一种超浸润四氧化三钴纳米针多孔膜的制备及其在乳液分离中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于油水乳液分离的超浸润多孔膜及其制备方法，具体涉及一种具有高效油水乳液分离能力的四氧化三钴纳米针多孔膜及其制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

据报道每年大概有32亿立方吨油进入到水体中形成含油污水，在石油化工、家电、机械制造、炼油、机械、食品、医药、皮革、采矿、食品加工、金属表面清洗等行业，凡是直接与油类接触的用水都含有油。含油废水对环境造成了巨大的危害，如石油漂浮在海面上，迅速扩散形成一层不透气的油膜会阻碍水体的复氧作用，影响海洋浮游生物生长，破坏海洋生态平衡。粒径为0.1～20μm的油珠稳定地分散于水中形成乳化油，由于油滴极微小，因此单纯用静置法很难使油水分离。传统的乳液分离方法有：化学分离法、重力分离法、离心分离法、电分离法、加热分离法、生物分离法和润湿聚结分离法。然而这通常涉及能量消耗和二次污染。因此提供一种高效和可广泛适用的方法用于分离各种乳液，特别是表面活性剂稳定的乳液极为重要。

膜分离技术是一种新型的破乳方法，它通过利用材料的特殊浸润性实现破乳，并将油水混合物很好的分开。因其分离设备简单、分离过程可高度自动化、适用范围广、能量消耗低、对环境影响小、化学添加剂使用量少、高分离效率和相对简单的操作等优点，在大规模处理油水乳液方面有着广阔的应用前景。靳健等通过模拟高分子内分子链间交错缠绕的结构，以碳纳米管为基元材料，湿化学法制备出了具有网络互穿结构的纳米厚度高强度网孔结构超薄膜，并将其用于油水乳液的分离(参考文献1：Shi Z,Zhang W,Zhang F,Liu X,Wang D,Jin J,et al.Ultrafast separation of emulsified oil/water mixtures by ultrathin free-standing single-walled carbon nanotube network films.Advanced materials.2013,25(17):2422.)。冯琳等通过水热合成的方法制备了氧化钨包覆的金属网用于乳液的分离(参考文献2：X.Lin,F.Lu,Y.Chen,N.Liu,Y.Cao,L.Xu,Y.Wei L.Feng,One-step Breaking and Separating Emulsion by Tungsten Oxide Coated Mesh.ACS Appl Mater Interfaces,2015,7,8108.)然而这些用于分离乳液的膜不是力学性能差，就是环境稳定性差，即在酸、碱和盐等苛刻的环境中不能够稳定存在，因此在实际应用中受到一定的限制。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，利用无机材料热稳定性，机械稳定性，耐腐蚀，可多次重复使用等优势，并结合水热合成和后期煅烧的方法制备了一种具有耐酸、碱和盐腐蚀的四氧化三钴纳米针包覆的不锈钢网膜。这种网膜是一种具有微纳多级复合结构的多孔过滤膜，又由于四氧化三钴本身的超亲水性，使网膜具有了超亲水和水下超疏油的特殊浸润性，进而将其应用于水系乳液和腐蚀性乳液的分离。

本发明以不锈钢网为基底，将其剪成小方块，并依次用丙酮、乙醇、HCl水溶液超声清洗，然后用去离子水将不锈钢网上残余的盐酸冲洗干净并在烘箱中烘干。将清洗好的不锈钢网垂直放在聚四氟乙烯内衬中的水热前躯体溶液中，水热反应。最后，对水热反应得到的膜煅烧处理，获得超亲水、水下超疏油的多孔超浸润性微纳复合结构膜，实现多种油水乳液分离功能。所得到的膜具有很好的环境稳定性，即抗酸、抗碱、抗盐，因此实现了对腐蚀性乳液的高效分离，具有很好的实际应用价值。

本发明提供一种超浸润四氧化三钴纳米针多孔膜的制备方法，具体步骤如下：

第一步，清洗不锈钢网。将不锈钢网剪成小方块，分别依次在丙酮、乙醇、HCl水溶液中超声清洗，最后用去离子水将不锈钢网上残余的盐酸冲洗干净。在烘箱中将不锈钢网烘干待用。所述的不锈钢网目数为200～1800目。

第二步，配置水热前躯体溶液。

将二价钴源、氟化铵(中介物)、碱性化合物以一定配比和去离子水混合于聚四氟乙烯内衬中搅拌至溶解，得到水热前躯体溶液。

所述二价钴源为水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)或硝酸钴(Co(NO₃)₂)中的任意一种。