[发明专利]一种高强度、高效油水分离滤纸的制备方法

说明书

本发明涉及一种层片状镍掺杂羟基硫酸铜修饰的高强度油水分离滤纸。以纤维素滤纸为基体，利用聚乙烯亚胺中的胺基与纤维素滤纸表面的羧基进行交联反应，在滤纸表面进行交联网格的构建，增强纤维素滤纸的干/湿强度；然后在纤维素滤纸表面生长镍掺杂羟基硫酸铜纳米片进行表面改性，最终获得具有超亲水/水下超疏油性能的高效油水分离滤纸。本发明制备出的油水分离滤纸具有优异的机械强度及良好的循环利用性，可实现对多种油水乳液的高效分离与回收。

技术领域

本发明涉及一种油水分离膜材料，具体涉及一种具有表面镍掺杂羟基硫酸铜粗糙结构的高效油水分离纤维素滤纸及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

随着绿色经济的不断发展，石油开采过程中产生的水资源污染成为制约可持续发展的桎梏并成为亟待解决的首要问题，发展新型绿色高效处理含油污水的新材料是解决该问题的有效手段。油水分离领域不断研究和探索的过程中涌现了一大批具有特殊润湿性的材料，其中膜材料因具有高性价比、高分离效率、低能耗及制备简便等综合优点被广泛研究。纤维素是一种在自然界广泛存在的可降解环保材料，其中滤纸作为一种轻质、低成本、高孔隙率、应用广泛的纤维素材料在油水分离领域具有巨大的应用潜力。而金属氢氧化物盐因具有较高的比表面积，可调控的微观结构，较强的化学稳定性以及高机械强度已经被广泛地应用到各种领域。通过控制不同金属元素的掺杂，金属氢氧化物材料可以被设计成多种特定的结构，用于改善基体物理化学性能。基于此，本发明制备了一种表面具有层片状纳米片结构的纤维素滤纸，在具有高机械强度的前提下，通过增大表面粗糙度来提高材料的润湿性，从而实现高效率的油水乳液分离。

目前，主要有两种方式可以获得具有理想超润湿性的膜分离材料：一、增强膜的表面能，可以使用表面能较高的材料进行修饰；二、构筑具有高表面粗糙度的微观结构的膜材料。Jun等人以戊二醛为交联剂，通过简单的醛醇缩合反应，与亲水性聚乙烯醇交联，制备了一种水凝胶涂覆的纤维素纸，可有效分离油水两相混合溶液。(Advanced FunctionalMaterials,2015,25(33):5368-5375.)；Kaiki等人采用静电纺丝法成功地制备了亲水性纤维素/聚丙烯腈复合纤维膜，可成功分离油包水混合物(Separation and PurificationTechnology,2019,210:913-919.)。

本发明选取镍掺杂羟基硫酸铜作为滤纸表面修饰材料，通过将镍掺杂羟基硫酸铜纳米片沉积到改性纤维素滤纸表面，制备出具有表面粗糙结构的纳米片复合滤纸。利用羟基硫酸铜的表面粗糙度和超亲水/水下超疏油性能，使得润湿的膜表面获得锁水层，隔绝了油对膜的接触。因此，实现其低油粘附性和抗油污性。其制备方法简单易行，该滤纸拥有良好的分离性能，在油水乳液分离领域中具有重大的参考价值和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高机械强度的环保可降解的高效超亲水/水下超疏油纤维素滤纸及其制备方法，解决目前本征滤纸机械强度低和油水分离分离效率低等问题。

为达到上述目的，本说明书提供了一种具有层片状纳米片结构的超亲水/水下超疏油滤纸，其特征在于，纤维素滤纸表面修饰层片状镍掺杂羟基硫酸铜，纳米片尺寸约为十微米；

下面简要阐明本发明的实现过程。首先将纤维素滤纸在聚乙烯亚胺溶液中形成稳定的交联网络，再置于戊二醛溶液中浸泡进行交联，获得高机械强度改性纤维素滤纸；经过水浴加热后在交联后的滤纸表面沉积镍掺杂羟基硫酸铜纳米片，最终获得具有高机械强度，超亲水-超亲油性能的高效油水乳液分离复合滤纸。

本发明涉及的一种油水分离滤纸制备方法，按照以下具体步骤实现：

(1)配置聚乙烯亚胺-甲醇混合溶液，溶剂为水，加热至35摄氏度；

(2)选取具有洁净表面的实验用定性滤纸，放入水浴锅中加热至35摄氏度的聚乙烯亚胺-甲醇溶液中，得到稳定的交联网络；

(3)配制一定浓度的戊二醛溶液，溶剂为水，将第一步交联的纤维素滤纸加入戊二醛溶液中，室温条件下交联一定时间；