[发明专利]一种具有光滑表面的油水分离膜

说明书

本发明公开了一种具有光滑表面的油水分离膜及其制备方法，属于仿生材料化学领域。该油水分离膜以表面具有二氧化硅粗糙结构的聚合物膜作为固体基底，润滑油作为表面润滑剂灌注于聚合物膜表面的二氧化硅粗糙结构中，所需的聚合物膜基底和润滑油具有多样性；用于分离油水混合物和油包水乳液，具有较高的分离率，重复使用多次后，经过纯水冲洗，分离率即可恢复，且此过程可反复重复，具有良好的抗污染性能和循环使用性。

技术领域

本发明属于仿生材料化学领域，具体涉及一种具有光滑表面的油水分离膜。

背景技术

随着科学技术的发展，人们的环保意识不断提高。在工业生产中，由于含油废水的大量排放和溢油事故的频繁发生，对环境的破坏已引起广泛的关注。到目前为止，含油废水的处理技术有很多，如气浮、重力分离、吸附分离、凝聚和絮凝等方法。然而，含油废水的高效排放，由表面活性剂稳定的油水乳液的分离仍然存在许多技术难题。膜分离技术分离效率高，操作过程简单，主要用于分离稳定的油水乳液，是对含油污水进行深度处理的可行而有效的方法。聚合物是制备分离膜的常用材料，但在油水分离中仍然面临表面易污染的问题。因此，开发具有抗污染性的油水分离功能膜材料成为人们日趋关注的一个问题。

油水分离的本质是界面问题，通过设计具有特殊润湿性的材料表面能有效抑制水或油的粘附，提高油水分离性能。受荷叶启发制成的具有特殊浸润性的超疏水多孔材料，在排斥水的同时使油通过材料表面，从而达到油水分离的目的。但是超疏水材料表面具有细菌易吸附、物理耐磨损性差等缺点。因此，研究者对仿猪笼草效应进行模仿，进一步制成了灌注液体型光滑多孔表面。这是一种将润滑液如全氟聚醚、硅油、离子液体等灌注到微/纳粗糙结构基材中而制备的仿生表面，由于表面的润滑性能，能够抵抗绝大多数液体的粘附，抑制细菌的附着，具有抗污染，自清洁，防结霜和防覆冰等优点。

利用聚合物膜分离材料与仿生光滑表面相结合，制备出一种具有光滑表面的油水分离膜，将有效分离油水混合物及油水乳液，且具有良好的抗污染性能和循环使用性。

发明内容

本发明的目的旨在制备一种可分离油水混合物和油包水乳液，且分离效率高，抗污染性能好的油水分离膜。

本发明所述的油水分离膜由聚合物膜基底和润滑油两部分组成；聚合物膜基底表面具有氟化的二氧化硅粗糙结构，其中，二氧化硅结构占聚合物膜重量的0.5～10wt%，表面粗糙度Ra(轮廓算术平均偏差)为26nm～13μm，表面含氟量占表面元素总含量的20%～41%，润滑油灌注于聚合物膜表面的粗糙结构中，占聚合物膜重量的1～5%；该油水分离膜能有效分离油包水乳液和任意比例的油水混合物，分离率达到99%以上，在循环使用八次后分离率未降低，循环使用十五次以上，分离率仍达到95%以上，使用纯水冲洗聚合物膜表面，重新灌注润滑油后，分离率又恢复到99%以上，此过程可反复重复，具有良好的抗污染性能和循环使用性。

所述的聚合物膜材料包括商品化的纤维膜和多孔膜，纤维膜材料包括聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、尼龙(PA)、锦纶(PA)中的一种或多种材料，孔隙率占总体积40～60%；多孔膜材料包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、尼龙(PA)中的一种或多种材料，孔径为10～60μm。

所述的粗糙结构为二氧化硅的微纳米结构，通过原位或非原位法引入到膜基底表面，对表面进行粗糙化处理，占聚合物膜重量的0.5～10wt%，使用原位法制备粗糙化聚合物基底的方法为溶胶凝胶法，溶胶凝胶液包括乙醇、氨水、正硅酸乙酯，比例为48∶3∶3～52∶3∶3或盐酸、正硅酸甲酯、磷酸盐缓冲液，比例为2∶190∶192～4∶210∶216；使用非原位法制备粗糙化聚合物膜基底的溶液含有二氧化硅纳米粒子，平均粒径为20～200nm。

所述的聚合物膜粗糙基底采用含氟硅烷进行氟化处理，含氟硅烷的种类包括全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、全氟癸基三氯硅烷。