[發(fā)明專利]一種超疏水海綿的制備方法及其在油包水乳液分離中的應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810782001.4
• 申請(qǐng)日: 2018-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108912388A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王會(huì)才;楊繼斌;劉霞平;汪振文;岳瑞瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J9/42
• 分類號(hào): C08J9/42;C08J9/40;B01D17/022;C08L61/28
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本發(fā)明公開(kāi)了一種超疏水海綿的制備方法及其在油包水乳液分離中的應(yīng)用，解決了超潤(rùn)濕材料制備過(guò)程復(fù)雜、成本高以及孔徑較難控制的問(wèn)題。具體步驟如下：利用胺與丙烯酸酯基團(tuán)之間的1，4?共軛加成反應(yīng)，在海綿表面構(gòu)造微納米復(fù)合物，隨后與含有胺基的長(zhǎng)鏈烷烴反應(yīng)，降低材料的表面能，從而獲得具有超疏水特性的海綿材料。通過(guò)機(jī)械擠壓的方式，有效降低了海綿材料的孔徑，滿足了乳液油水分離對(duì)于孔徑的要求。與蠕動(dòng)泵相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了僅依靠重力驅(qū)動(dòng)的連續(xù)式乳液油水分離，分離效率高達(dá)99.90％以上，通量高達(dá)55000±5000L m^?2h^?1bar^?1。該方法具有操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際乳液油水分離方面具有較大潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超疏水海綿的制備方法及其在油包水乳液分離中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于含油廢水的排放量日益增加，以及頻繁的漏油事故，導(dǎo)致嚴(yán)重的油類污染問(wèn)題。油水分離是處理含油廢水的重要手段，但是油水分離特別是乳液油水分離，仍然是世界性的難題。在表面活性劑的作用下，油水混合物容易形成液滴直徑小于20μm的微乳液，導(dǎo)致乳化的液滴不能夠有效的聚集。與不溶性油水混合物相比，乳液的成分更加復(fù)雜，并且具有較強(qiáng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，進(jìn)一步增加了分離的困難。根據(jù)組成，乳液可分為水包油乳液和油包水乳液兩種類型。傳統(tǒng)的乳液分離方法，如離心法、超聲法、加熱法、凝聚法等，存在能耗高，效率低以及二次污染的問(wèn)題。如今，許多開(kāi)創(chuàng)性的工作致力于設(shè)計(jì)超潤(rùn)濕材料用于乳液油水分離。例如，許多超疏水超親油材料能夠用于油包水乳液分離、超親水超疏油材料用于水包油乳液分離，以及智能超潤(rùn)濕材料用于油包水和水包油兩種類型的乳液分離。靳健課題組首先報(bào)道了一種超疏水/超親油聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，用于油包水乳液分離。(Advanced Materials，2013，25，2071-2076.)然而，制備過(guò)程復(fù)雜，成本高，穩(wěn)定性差是超潤(rùn)濕材料存在的普遍問(wèn)題(CN104606925A，CN106698583A，CN107118386A，CN102228884A)。

超潤(rùn)濕材料應(yīng)用于乳液油水分離的原理可概括為兩個(gè)主要部分。第一，超潤(rùn)濕材料利用其特殊的潤(rùn)濕性能，能夠破壞乳液的穩(wěn)定性，誘導(dǎo)乳化的液滴破乳。第二，基于size-sieving作用，超潤(rùn)濕材料依靠自身的微納米級(jí)孔徑，能夠阻隔乳化的液滴，實(shí)現(xiàn)乳液分離。目前，超潤(rùn)濕材料用于乳液油水分離采用的普遍方法是使用化學(xué)物質(zhì)堵孔，從而降低材料孔徑，滿足乳液分離的要求(CN104998552A)。但是，這種方法往往存在制備過(guò)程復(fù)雜、穩(wěn)定性差、長(zhǎng)期使用后分離效率大大降低的問(wèn)題。本發(fā)明依靠自制的模具，采用一種簡(jiǎn)單的機(jī)械擠壓的方式，能夠大大降低材料的孔徑，具有操作簡(jiǎn)單，容易控制，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。利用蠕動(dòng)泵，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)式乳液油水分離，僅依靠重力驅(qū)動(dòng)，表現(xiàn)出高通量和高分離效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前超潤(rùn)濕材料進(jìn)行乳液油水分離中存在的問(wèn)題，提供了一種新型超疏水海綿的快速制備方法及其在乳液油水分離中的應(yīng)用，該制備方法具有反應(yīng)速度快、環(huán)境友好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)制備的超疏水海綿采用一種簡(jiǎn)單的機(jī)械擠壓處理，能夠應(yīng)用于油包水乳液油水分離，分離效率高達(dá)99.90％以上，滲透通量高達(dá)55000±5000L m^-2h^-1bar^-1，具有分離效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單以及連續(xù)分離等優(yōu)點(diǎn)。

一種超疏水海綿的制備方法及其在油包水乳液分離中的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：首先利用胺與丙烯酸酯基團(tuán)之間的1，4-共軛加成反應(yīng)，在海綿的骨架表面引入微納米復(fù)合物，再與長(zhǎng)鏈烷基胺反應(yīng)，獲得超疏水海綿，最后應(yīng)用于油包水乳液油水分離；

(1)超疏水海綿的制備方法為：

(a)原始海綿在乙醇與蒸餾水的混合溶液中(v∶v＝1∶1)超聲洗滌1～2h，烘干后待處理；