[发明专利]一种金属有机框架化合物/聚丙烯腈的油水乳液分离膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种油水分离材料，具体涉及一种金属有机框架化合物/聚丙烯腈的油水乳液分离膜，属于新材料技术领域。

背景技术

含油污水来源广泛，在油品开采、加工和使用过程均会产生含油污水。据统计每年大概有320万吨油(约占全球总产油量的1/1000)进入海洋造成污染。含油污水含油量大，化学耗氧量高，直接排放到环境中，对土壤、地下水和海洋都会造成严重的污染，快速高效地处理含油污水具有重大的意义。

当前，已经有很多关于油水乳液分离的研究，结合静电纺丝技术可以有效制备具有优良油水乳液分离性能的多孔纤维膜。丁彬等人通过静电纺丝技术制备二氧化硅纳米纤维膜，然后再将二氧化硅纳米颗粒修饰到纤维膜上，提升了纤维膜的亲水性和水下疏油性，从而实现油水乳液的高效分离(Nanoscale,2014,6,12445)。张建强等人利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈多孔纤维膜，通过二亚乙基三胺作用使纤维膜表面氨基化，进而将氧化石墨烯修饰在纤维膜表面，得到了具有高效油水乳液分离性能的多孔纤维膜(Chemical Engineering Journal,2017,307:643-649)。上述静电纺丝纤维膜虽然对油水乳液的分离性能较好，但是在分离过程中容易被油污堵塞，这严重影响了分离膜的使用寿命。因此，我们亟需寻求一种分离效果好且具有优良抗油污性能的油水分离膜。

纤维膜的油水分离性能调控主要是通过表面化学改性和表面结构改性两种途径。金属有机框架化合物具有超高的比表面积、低密度、高孔隙率、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点，然而，其在油水乳液分离中却鲜有应用。金属有机框架化合物中的UIO-66-NH2具有很好的亲水性，且可在水相中稳定存在(Chem.Commun.,2010,46,7700–7702)。因此，其可作为油水分离材料，用于调控纤维膜的表面结构及化学性质，从而提升纤维膜的亲水性和抗污性。

首先，我们通过静电纺丝技术制备聚丙烯腈多孔纤维膜；然后通过对其进行水解作用，使纤维表面出现羟基、羧基等官能团；进而可以与UIO-66-NH2上的氨基形成氢键结合和静电吸附，最终制备成具有亲水性多级结构的多孔纤维膜。该多孔纤维膜可以对油水乳液进行高效分离，且具有极低的油粘附性和较高的抗油污性，此外，其制备方法简单易行、安全环保，具有很好的应用价值。

发明内容

本发明目的是采用一种简单、环保的方法制备一种具有高效油水乳液分离性能和较高抗油污性的油水乳液分离膜。

下面简要阐明本发明的实现过程。我们通过水热法合成UIO-66-NH2，再利用静电纺丝技术制备亲水性的聚丙烯腈多孔纤维膜，然后对纤维膜进行简单的水解，使纤维表面出现羟基、羧基等官能团，从而通过氢键和静电力作用，使UIO-66-NH2成功修饰在纤维膜表面。UIO-66-NH2不仅可以通过其表面的氨基增强纤维膜的亲水性，而且其可以在纤维膜表面形成多级结构，增加纤维膜表面粗糙度，进而可以提升纤维膜的表面亲水性和水下疏油性。

本发明涉及一种金属有机框架化合物/聚丙烯腈的油水乳液分离膜，其通过以下具体步骤实现：

(1)UIO-66-NH2的制备：四氯化锆、2-氨基对苯二甲酸、冰醋酸、二甲基甲酰胺的摩尔比为1：1：100：500，在120°水热反应24小时制备而成。然后将其超声分散在去离子水中，配制成0.1～2.0g/L的UIO-66-NH2分散液。

(2)将聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺，聚丙烯腈的质量分数为10％，在常温下磁力搅拌12小时，得到聚丙烯腈前驱液。

(3)注射器内吸入步骤(2)得到的聚丙烯腈前驱液，并安装21号针头。将注射器装入静电纺丝设备的注射泵中，调整注射泵的推进速度为1毫升每小时,平移距离设为12～18厘米，调整针头到转辊接收器的距离为12～15厘米。在转辊接收器上覆盖一层锡箔纸，调整转辊接收器转动速度为50～60转每分钟。将高压电源的正高压接于注射器针头，调整电压为12～15千伏，将高压电源的负高压接于转辊接收器，调整电压为-1.2～-1.5千伏。

(4)启动注射泵系统，在40℃条件下纺丝1小时，纺丝完成后从转辊接收器上揭下锡箔纸及其上的多孔纤维膜，将其在80℃条件下干燥12小时。

(5)揭下锡箔纸上的聚丙烯腈纤维膜，浸入质量分数为10％的氢氧化钠溶液，40℃下浸泡3小时；然后将纤维膜转移到浓度为2摩尔每升盐酸溶液中，40℃下浸泡0.5小时。