[發明專利]一種多功能應用的可生物降解油水分離膜的制備方法

在審

• 申請號: 201711044869.6
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107812453A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 張偉;盧燦輝;敖成鴻
• 申請（專利權）人: 石獅市川大先進高分子材料研究中心
• 主分類號: B01D71/10
• 分類號: B01D71/10;B01D69/02;B01D67/00;C02F9/08;C02F101/30;C02F103/30
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司35211
• 代理人: 戴雨君

技術領域

本發明屬于化工及高分子功能材料技術領域，具體涉及一種多功能應用的可生物降解油水分離膜的制備方法。

背景技術

水對維持人類的生活和社會的可持續發展起著至關重要的作用。伴隨著人口的快速增長和工業化的高速發展，水污染成為一個非常嚴峻的問題。在多種水污染物來源中，無機（油和芳香化合物）和有機（染料）是主要污染物。一方面，石油化工、機械制造、交通運輸、皮革加工、紡織制造、食品加工、醫藥生產等工業過程、日常生活中廚房用水以及時有發生的海上原油泄漏事故都不可避免地產生大量含油廢水，污染人類賴以生存的水環境。無論是從石油資源的回收利用，還是從凈化污水保護環境的角度，都要求對含油污水進行有效分離。油與水的分離對人類實現可持續發展具有重大意義。已經報道的聚偏氟乙烯膜等超親油超疏水性材料具有較高的油水分離效果，但由于其親油性使得在分離過程中油在滲過膜材料中造成油污染甚至阻塞從而影響膜的使用壽命及次數，并且這種親油疏水性材料在分離過程中需要額外設備產生動力，分離成本以及能耗高。近年來，受魚鱗以及蚌殼的啟發，通過仿生學原理制備的水下超疏油性材料廣受關注，這種材料不僅可以避免水處理過程中被油污染，并且可僅靠重力實現油與水分離，分離過程簡單、能耗低。銅網、不銹鋼網、鈦網、玻璃纖維濾膜、聚偏氟乙烯膜、聚砜膜等水下超疏油性油水分離材料都是成功的案例。然而，這些材料不可生物降解，其后置處理成為一個巨大的問題，如直接丟棄和焚燒，不可避免地會造成二次污染。

另一方面，隨著人口的增長，染料的需求增大。而染料的制備和使用過程將產生大量的染料廢水。有機染料的結構復雜且不可生物降解，其處理難度大，對生態環境和人類健康構成巨大威脅。近年來，氣凝膠、微球、水凝膠等有機染料吸附材料等被廣泛報道，然而這些材料只是將水中的染料轉移到了吸附材料中，沒有將染料徹底清除，并且其脫吸附處理需要用到大量溶劑，不可避免地產生二次污染。實現有機染料降解具有很大前景。二氧化鈦（TiO₂）由于其化學穩定、來源豐富、無毒、成本低，是一種廣泛應用的光催化劑，在紫外光下可以有效降解有機染料（亞甲基藍）。然而紫外燈儀器昂貴，能源消耗較大，另外紫外光輻照對人體會造成損害。通過摻雜，可使TiO₂的帶隙變窄從而提高光催化效率，并能在可見光下降解有機染料，成本低、無能耗、綠色健康，并能徹底清除有機染料，不會帶來二次污染。其中，N摻雜成本較低且光催化效率高，可重復性好。

纖維素是由植物通過光合作用合成的一種聚合物，是自然界中產量最高的天然高分子材料，被認為是一種取之不竭，用之不盡的可再生資源。纖維素具有可再生、生物可降解、環境友好、無污染等優點，是工業級可持續材料的主要來源。但是至今還沒有采用靜電紡絲纖維素膜為基體制備既能油水分離又能降解有機染料的多功能應用的可生物降解油水分離膜的報道。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種簡便、高效、環保的多功能應用的可生物降解油水分離膜的制備方法，實現“一材多用”，既能實現油水分離又能在可見光下降解有機染料，有望推動多功能水處理材料的發展，為水處理材料提供新的方向，不僅解決當前嚴重的水污染問題（油和有機染料是水污染的主要污染物），也解決了油水分離材料的后置處理問題以及有機染料吸附材料的二次污染問題。

為了實現上述的技術目的，本發明采用以下技術方案：

一種多功能應用的可生物降解性油水分離膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）配制聚合物基體溶液

首先將聚合物基體活化，本發明采用溶劑交換的方法進行活化，高溫活化會造成纖維降解，而溶劑交換的方法幾乎不會造成纖維素的降解，所述活化是將聚合物基體依次浸泡在水、甲醇、二甲基乙酰胺中1-2小時，聚合物基體在一種溶劑中浸泡后需對聚合物基體進行抽濾去除該溶劑，然后再將聚合物基體浸泡到另外一種溶劑中，溶劑交換的作用在于弱化纖維素鏈間強烈的氫鍵相互作用得到疏松的構象，最后將聚合物基體溶解在溶劑體系中，得到1~2 wt% 聚合物基體溶液；

當所述聚合物基體為纖維素、木質素、半纖維素、殼聚糖、甲殼素時，所述溶劑體系為DMAc/LiCl溶液，所述DMAc與LiCl的比例為92-93g∶7-8g；

當所述聚合物基體為聚乙烯醇時，所述溶劑體系為體積比為7/3的異丙醇/水溶液；

當所述聚合物基體為醋酸纖維素時，所述溶劑體系為體積比為1/1的醋酸/丙酮溶液；

（2）靜電紡絲制備納米纖維膜