[发明专利]一种油水分离膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种亲水及水下超疏油特性的油水分离膜及其制备方法和应用。所述分离膜的表面具有微观拓扑结构，其中，所述微观拓扑结构单元的平面尺寸为0.1～100μm。所述分离膜的表面孔径为1～200nm。所述分离膜通过非溶剂致相分离法结合模板法制备得到，步骤包括：配制聚合物铸膜液，刮膜，浸入半凝固浴，然后压印微观拓扑结构模板，浸入凝固浴进行相转化成膜，脱模等步骤。本发明的制备方法流程简单，利用模板法复形制备出特殊拓扑形貌的分离膜，可实现油水分离及富集，易于放大工业化实施。本发明制备的分离膜亲水/水下超疏油的同时与油滴间粘附力极低，达到抗油粘附的效果，不易被污染，可长期循环使用。

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，更进一步说，涉及一种特殊浸润性功能油水分离膜及制备方法和应用。

背景技术

生产生活中含油废水的排放严重影响着生态环境，因此油水分离在工业生产和人们生活中有着广泛的需求。其中，以压力差、电位差等为推动，借助选择性透过膜为分离介质的油水分离膜技术，具有高效节能、工艺流程简单、投资少、污染小等优点，是解决全球环境污染和能源浪费问题的关键手段。

通常选择超滤膜进行油水分离，原因是含油废水中最难分离的乳化油油滴粒径主要集中在0.1～2μm之间，通常小于10μm，以水包油的形式稳定的分散于水中，而超滤膜膜孔(5～100nm)远小于10μm，且超细的膜孔有利于油滴的聚结或者说具有不需要脱乳化过程就可以去除乳化油滴的能力。超滤膜在处理含油废水时于纳滤膜和反渗透膜的处理过程前使用。此外，超滤过程还具有操作条件温和、选择性高、处理量大、能耗低、易放大等突出优点，在油水分离领域显示出强大的发展潜力。

油水分离的本质是界面科学问题，膜分离性能由膜的化学性质(表面电荷、官能团、极性、亲水性等)和物理结构(厚度、膜表面形貌、孔径分布、孔隙率等)决定。为了分离乳化油且不被油滴污染，通常采用物理共混、接枝、共聚等的方法对膜进行亲水化改性(CN107081079A，Adv.Mater.2014,26,2943.，CN 108031311 A)，但亲水材料往往存在水中不稳定性甚至会溶解，且在工艺操作实施上比较繁琐。通过接枝生长微/纳米微球、静电纺丝(CN104368247 B，CN107050927 A)等改变膜拓扑形貌的方法存在工艺条件苛刻生产效率低等缺点，材料成本和工艺成本较高，难以实现商业化生产。

所以，设计一种简单的调节表面拓扑形貌来实现油水分离的方法显得尤为重要。

发明内容

为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明公开了一种油水分离膜。自然界中有很多生物体表面(如荷叶、沙漠甲虫背、水黾腿、蜘蛛丝、鱼鳞等)具有特殊浸润性，其特殊表面微观结构为制备特殊浸润性材料提供了灵感。本发明通过选择表面能合适的高分子材料，并以天然的生物表面或者设计人造微观结构表面为印章进行复刻，得到了不同微观形貌的固体膜表面，简单快捷的制备了空气中亲水-水下超疏油的油水分离膜，实现了油水分离及富集。

本发明的目的之一是提供一种空气中亲水/水下超疏油的油水分离膜，所述分离膜的表面具有微观拓扑结构，其中，所述微观拓扑结构单元的平面尺寸为0.1～100μm，分离膜的表面孔径为1～200nm。

本发明中所述的微观拓扑结构是指平面尺寸为微米尺度的凹陷或者凸起结构呈拓扑结构分布；微观拓扑结构单元即指所述微米尺度的凹陷或者凸起结构。

所述微观拓扑结构单元的平面尺寸是指微观拓扑结构单元在平面内的一个维度或两个维度上的尺寸。

优选地，所述微观拓扑结构单元的平面尺寸为0.5～50μm。