[發明專利]pH控制由超雙疏至超疏水/超親油轉變的材料及制備方法

有效

• 申請號: 201611192129.2
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106632829B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 劉利彬;黨釗;郭改蘭;邢亞男;徐元樸;朱國富
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C08F220/34
• 分類號: C08F220/34;C08F220/24;C08F230/08;B01D17/022
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明公開了pH控制由超雙疏至超疏水/超親油轉變的材料及制備方法，向溶劑中加入全氟碘辛烷改性的二氧化硅納米粒子分散均勻后，再加入共聚物，混合均勻后形成混合溶液，將基材浸入所述混合溶液中一段時間后，進行后處理即可獲得pH控制由超雙疏至超疏水/超親油轉變的材料。共聚物的化學結構式為：采用本發明的材料能夠實現通過控制pH實現材料由超雙疏轉變至超疏水/超親油，從而保證材料在油水分離使用前具有自潔性能，而在油水分離使用時具有超疏水/超親油的分離性能。

技術領域

本發明屬于油水分離材料領域，尤其涉及pH控制由超雙疏至超疏水/超親油轉變的材料及制備方法。

背景技術

含油廢水主要包括油田廢水、煉油廠和石油化工廠的廢水、油輪的壓艙水、洗艙水、機艙水、油罐車的清洗水等。含油廢水是造成環境油污染，特別是海洋油污染的主要來源。隨著我國城市化和工業化進程的加快，環境油污染日益嚴重。

含油廢水處理中常用的處理凈化工藝有：活性炭吸附、生化處理、二級深床過濾、細濾、微濾、電滲析和反滲透等。

油水分離材料的研究為含油廢水的處理提供了一種途徑，但是普通油水分離薄膜有益容易受到外界條件的影響使其失去油水混合物的有效分離能力，因此眾多的科研工作者對具有刺激響應潤濕性能的材料進行了研究。PNIPAAm是一種具有溫度響應性的聚合物，有人利用該材料制備出了可以在不同溫度下實現在親水/疏油和疏水/親油之間的可逆轉換的分離薄膜。有人制備出了電場控制可轉變潤濕性的材料，該種材料可用于油水混合物的智能分離。還有人制備出了光照控制轉變潤濕性的材料，該種材料可實現在不同光照下的潤濕性的改變。

然而這些材料無法避免在運輸、放置等使用之前的期間被外界環境污染，從而影響了油水分離材料對油水的分離性能。

發明內容

為克服現有技術的缺陷，本發明提供了pH控制由超雙疏至超疏水/超親油轉變的材料及制備方法，能夠實現通過控制pH實現材料由超雙疏轉變至超疏水/超親油，從而保證材料在油水分離使用前具有自潔性能，而在油水分離使用時具有超疏水/超親油的分離性能。

研究中發現：本發明合成的共聚物中存在的全氟烷基乙基丙烯酸酯鏈段以及甲基丙烯酸二甲氨乙酯鏈段可在pH改變的情況下發生改變；在中性或堿性條件下，由于氟的低表面能性質，使得含氟鏈段遷移到基底表面，表現為疏水疏油性質；在HCl存在下，制備的基材材料表面的含氟基團含量會有所減少(如圖13b所示，未用HCl水溶液處理的基底材料，氟在基底表面含量要高于使用HCl水溶液處理后的)，導致其疏油性能降低；而甲基丙烯酸二甲氨乙酯鏈段在HCl存在下可以通過質子化和去質子化作用改變其潤濕性能。在HCl存在下，甲基丙烯酸二甲氨乙酯的氨基基團-N(CH₃)₂發生質子化作用結合H⁺，一部分三元胺會變為四元銨(-NH⁺(CH₃)₂)；而后又經過NaOH水溶液處理后，NaOH會與基材上面的HCl發生中和反應，HCl會迅速減少，幾乎變為不存在，所以-NH⁺(CH₃)₂會發生去質子化作用，四元銨會重新變為三元胺(如圖13d所示，在HCl存在下，一部分三元胺會變為四元銨(-NH⁺(CH₃)₂)，出現兩個峰，而去除HCl后，四元銨會重新變為三元胺-N(CH₃)₂，又變回一個峰，如圖13c所示)。以上在HCl存在下，全氟烷基乙基丙烯酸酯鏈段以及甲基丙烯酸二甲氨乙酯鏈段的變化導致了其基材材料具有pH響應性的變化，實現了材料由超雙疏轉變至超疏水/超親油狀態。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

pH控制由超雙疏至超疏水/超親油轉變的共聚物的制備方法，以全氟烷基乙基丙烯酸酯、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酸二甲氨乙酯為原料，通過自由基聚合獲得共聚物。