[发明专利]一种气体响应性纳米乳液分离膜及其应用方法

说明书

一种气体响应性纳米乳液分离膜及其应用方法，本发明属于化工分离技术领域，具体涉及油水分离膜。所述分离膜是由极性纱线织造而成，所述极性纱线表面覆有聚合物涂层，所述聚合物涂层由二氧化碳响应性单体和硬端单体聚合反应制得；所述二氧化碳响应性单体为含有端双键和叔胺响应基团单体；所述硬端单体为含端双键不饱和羰基化合物；所述织造的经密纬密之和介于300T‑400T之间，所述分离膜80‑90％以上的孔径分布范围为0.1‑0.3um；所述分离膜用于分离纳米级分散相乳液，所述纳米级分散相乳液为分散相粒径介于20nm‑50nm的水包油乳液或油包水乳液。本发明所述分离膜具有可切换表面润湿性，能通过调整表面的润湿性实现对油包水乳液及水包油乳液的按需分离。

技术领域

本发明属于化工分离技术领域，涉及油水分离膜，尤其涉及一种单一孔径气体响应性纳米乳液分离膜及其制备方法和使用方法。

背景技术

随着工业化程度的不断加强，石油开采行业、远洋运输行业、食品、金工行业等产生的各种类型的油水混合物的净化分离问题十分严峻。膜分离方法因其成本低，操作简单，选择性高等优点被认为是现阶段油水分离领域中的一种新兴技术。然而用膜分离方法分离纳米尺度分散相的乳液还存在诸多困难。纳米乳液的分散相粒径介于0-300纳米，而常规的乳液分离膜材料具有0-3微米宽分布的孔，难以实现对这种尺度乳液的分离，尤其是粒径在100纳米以下的乳液更是难以高效分离。因此开发一种能实现对纳米尺度分散相乳液高效分离的膜材料十分关键。

且纳米乳液包含油包水纳米乳液及水包油纳米乳液这两种，而膜材料通常具有单一的润湿性，多数膜材料要么是亲油/疏水的，能用来分离油包水型乳液；要么是亲水/水下疏油的，能用来分离水包油型乳液。这就意味着大多数膜材料只能实现对固定一种类型乳液的分离。但实践中的油水混合物组成往往是很复杂的，因此实现膜表面润湿性的可控切换以实现按需油水分离是十分关键的。

现有的润湿性可切换膜包括预润湿膜、Janus膜、刺激响应性膜。其中预润湿膜对水和油都有较高的亲和力，如果用水润湿膜就能得到亲水/水下疏油的膜，用油润湿膜就能得到亲油/油下疏水的膜，正是因为预润湿膜对油有较高的亲和力所以不可避免的存在较为严重的膜污染问题；Janus膜一面是亲水的另一面是亲油的，将亲水侧朝上可以得到亲水/水下疏油的膜，将亲油侧朝上可以得到亲油/油下疏水的膜，Janus膜材料通常制备比较复杂，且其也存在油污染严重的问题；刺激响应性膜材料可以根据外界刺激(如：光，电，PH，热，化学物质等)改变自身的理化性质，从而实现表面润湿性的切换，但是在实践中分离的体系往往是浑浊不透明的，光很难透过乳液照到膜上，PH及化学物质响型都会在体系中造成化学物质的积累，而电、热响应型在分离体系十分庞大的时候需要消耗大量的能量。

与上述润湿性切换策略相比，二氧化碳刺激响应型润湿性切换策略适用场景广、能耗低、易于去除不会造成二次污染，且二氧化碳安全、稳定、易得。因此二氧化碳刺激响应型分离膜在油水分离领域具有很广阔的前景。然而现有的二氧化碳响应型分离膜普遍采用共混(将二氧化碳响应聚合物与其他聚合物物理混合)、表面接枝(将二氧化碳响应聚合物通过化学键接枝在膜表面上)等常规手段制备的，因此存在响应性聚合物接枝率不高，造成响应速度慢、分离性能差的问题，还存在孔径分布不均匀只能实现对微米乳液的分离甚至只能实现对分层油水混合物的分离而不能实现对纳米乳液的分离等问题。

CN114259889A本发明涉及到一种乳液分离膜及其制备方法和使用方法，乳液分离膜包括织物和包覆于织物表面的涂层，制备方法包括S1、PMMA-co-PDEAEMA聚合物的制备；S2、聚合物溶液的配制；S3、聚合物膜包覆纱的制备；S4、乳液分离膜的制造。使用方法是当乳液为油包水状态时，使用油润湿性乳液分离膜进行分离；当乳液为水包油状态时，将油润湿性乳液分离膜转化为水润湿性乳液分离膜后，再进行分离。但是并没有考虑聚合物涂层与纱线间的附着力问题，造成结合力不足，孔径分布不均匀，只能在重力作用下下进行分离实验，导致通量衰减。

发明内容