[發明專利]基于靜電紡絲技術的三維油水分離材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510076647.7
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104674384B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 鐘鷺斌;鄭煜銘;楊躍傘
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所;中國科學院寧波城市環境觀測研究站
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F9/26;D01F9/21;D01F9/24;D01D5/00;D01D10/02
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技術領域

本發明涉及水處理技術領域，尤其涉及基于靜電紡絲技術的三維油水分離材料及其制備方法。

背景技術

石油是人類社會賴以生存發展的重要能源物資，它是推動社會前進的重要動力。然而，在人類開釆、運輸、利用和儲存石油的過程中，經常會發生一些意外事故，造成漏油事故。由于油污染持續性強、擴散范圍廣、處置難和危害大，因此不管是在陸地還是海洋一旦發生重大漏油事故都會造成資源的浪費和環境的破壞，所以近年來油水分離材料的研究開發備受關注。油水分離材料不僅能有效回收漏油，既避免了石油能源的浪費，減小了經濟損失，而且能夠有效保護漏油區域的生態環境，使相應的產業資源和人類生活免遭危害。

油水分離材料要達到高效分離油水目的，應具備良好的性能，例如疏水性、親油性、高吸油倍率、高吸油速率、保油時間較長和重復使用性等。

靜電紡絲技術是使帶電的高分子溶液(或熔體)在靜電場中流動變形，經溶劑蒸發或熔體冷卻而固化，從而得到纖維狀物質的一種方法。靜電紡絲納米纖維技術可以將多種組分共同集成在同一根纖維中，從而制備復合納米纖維，可以實現聚合物/聚合物、聚合物/無機物及無機物/無機物復合纖維的制備。靜電紡絲纖維膜由于其原料來源廣、表面積大、孔隙率高和結構易調控等優點，使其成為油水分離材料的理想選擇，在油水分離領域引起廣泛的關注。然而由于靜電紡絲纖維膜是二維膜結構，因此其吸油倍率低、難于保油和無機械彈性等缺點，限制了其進一步發展。

結合靜電紡絲的優勢，尤其是易于調控納米纖維結構的能力，研發具有超疏水、高吸油率、保油時間長、阻燃效果佳和高彈性的三維立體油水分離材料依然是全世界科學不懈追求的目標。

發明內容

解決目前靜電紡絲纖維膜在油水分離應用中，吸油倍率低、難于保油和無機械彈性等缺點，本發明公布了基于靜電紡絲技術的三維油水分離材料及其制備方法，該方法易于調控材料的組成和結構，不僅能提高材料的機械強度，而且能使材料表面粗糙化，增強材料的疏水性，在油水分離領域具有巨大應用前期。

為了達到上述目的，本發明采用的以下步驟：

步驟a）配制靜電紡絲液；

步驟b）選擇適當的溶劑直接接收靜電紡絲納米纖維，得到納米纖維溶液；

步驟c）將所述的納米纖維溶液定型冷凍，然后置于冷凍干燥機中干燥，得到三維納米纖維；

步驟d）將所述的三維納米纖維進行預氧化、碳化和活化，得到三維碳納米纖維；

步驟e）將所述的三維碳納米纖維膠包覆上一層親油疏水膜，最終得到三維油水分離材料。

本發明的優點是：

1）以適當的溶劑直接接收靜電紡絲納米纖維，實現了一步法得到分散均一的納米纖維溶液，且納米纖維不會斷裂，保持良好連續性，有利于提三維油水分離材料性能。

2）本方法制備的三維油水分離材料，其原料來源廣泛，不僅可以是高分子材料，也可以是多種有機/無機復合材料。

3）本方法制備的三維油水分離材料，其納米纖維是由于靜電紡絲技術制備而成。因此，能將多種組分共同集成在同一根纖維中，從而制備復合納米纖維，有效地提高三維油水分離材料性能。

4）本方法制備的三維油水分離材料結構可控（如纖維是否中空，纖維表面粗糙度、纖維直徑，比表面積、密度等），可以足實際應用中的不同需求，制備最佳結構三維油水分離材料。

5）相比于靜電紡絲纖維膜，本方法制備的三維油水分離材料，具有三維立體結構，因此具有更高的吸油率、更長的保油效果、更好的機械彈性和更低的密度，具有更廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為實施例一條件下，所制備的三維油水分離材料光學照片。

圖2為實施例一條件下，所制備的三維油水分離材料掃描電鏡圖（SEM）。

圖3為實施例二件下，所制備的三維油水分離材料掃描電鏡圖（SEM）。

圖4為實施例一件下，所制備的三維油水分離材料水接觸角測試照片。

圖5為實施例一件下，所制備的三維油水分離材料對不同溶液吸附能力圖。

具體實施方式

現結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。

實施例一：

1） 紡絲液的配制：稱取2 g的聚丙烯晴（PAN）粉末和0.3 g氧化石墨烯（GO），加入到含有20 g 二甲基甲酰胺（DMF）溶劑的100 mL錐形瓶中，置于60 ℃水浴中加熱攪拌至溶解，配置成PAN-GO混合溶液。