[發明專利]一種油水分離用自清潔藻酸鹽基復合二氧化鈦氣凝膠材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910262842.7
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109925746A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 莊建東;田勤奮;劉美珍;謝偉臻;曹圳;戴舉國
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: B01D17/022
• 分類號: B01D17/022;C08L5/04;C08K3/22;C08J9/28
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明公開了一種油水分離用自清潔藻酸鹽基復合TiO₂氣凝膠材料及其制備方法，屬于凈化材料制備領域。該藻酸鹽基復合TiO₂氣凝膠材料是采用簡單的離子交聯和冷凍干燥相結合的方法，制備了一種環保型、低成本、自凈、穩定性高、多功能的藻酸鹽基復合TiO₂氣凝膠。與未復合TiO₂的藻酸鹽氣凝膠相比，該復合氣凝膠具有高比表面積、高孔隙率、超親水?水下超疏油、易塑型、易回收和光致自清潔等特性，通過短暫的紫外光照射，可實現所得復合氣凝膠材料在油/水分離中的超長重復使用(至少120個循環)，在油水分離的實際應用中有廣闊的前景，有利于大規模推廣。

技術領域

本發明屬于凈化材料制備領域，具體涉及一種油水分離用自清潔藻酸鹽基復合TiO₂氣凝膠材料及其制備方法。

背景技術

每一次海上石油泄露事件都是一場巨大的災難，不僅直接造成海洋生物的死亡，而且原油中大量有毒物質會通過食物鏈最終危害人類身體健康。此外，工業發展和日常生活隨意排放的大量含油廢水也嚴重影響著人類生存環境。因此，加強相關基礎和產品工程研究，獲得更加符合國民經濟和環境發展要求的油水分離用功能材料具有重要意義。

傳統的油水處理技術主要有燃燒法、離心法、重力法、浮選法、化學絮凝法等。這些方法雖然操作簡單，但是存在分離效率低、能耗高、容易造成二次污染等致命的缺陷。通過模仿生物組織表面微觀結構來調節界面固有的潤濕性能，制備出具有易回收、可循環使用、超雙疏性或超雙親性等特征的表面，以改善液相在固體表面的流動行為，實現高效油水分離的材料顯得尤為重要。此外，通過調控材料表面的微觀結構和表面化學組成，以獲得一系列具有特殊潤濕性的材料，如能讓水順利通過，油無法通過的超親水-水下超疏油材料、超親水超疏油材料、應激可轉換潤濕性材料以及親水-疏水復合材料等，也都受到國內外研究工作者的極大關注與重視。

氣凝膠（Aerogel）作為一種獨特的多孔結構材料，因其具有高孔隙率（大于90%）、低密度（0.003-0.5 g/cm³）、高透光性以及較低的導熱系數（0.0013-0.021 W/m·k）等特點而備受關注，主要被應用于軍事、建筑、能源及環境保護等方面。藻酸鹽基氣凝膠是以藻酸鹽為前驅體，經超臨界干燥或冷凍干燥后制得。藻酸鹽是從褐藻中提取出來的一種天然多糖，它是由β-D-甘露糖醛酸（M單元）和α-L-古洛糖醛酸（G單元）通過1-4糖苷鍵連接而成的無規嵌段共聚物，具有來源豐富、綠色無毒、易凝膠化、可再生、可降解以及生物相容性好等優異性能。同時，藻酸鹽氣凝膠材料還具有超親水-水下超疏油的優異特性，有望在油水分離領域作為高效過濾材料實現廣泛應用。然而需要指出的是，在油水分離過程中，殘留的油滴分子容易吸附于氣凝膠材料的表面和三維孔道之中，這會極大削弱氣凝膠過濾材料的分離性能和循環使用壽命，因此，如何提高氣凝膠材料的自清潔能力，實現其在油水分離領域的長期高效使用是亟待解決的關鍵技術問題。

隨著科學技術的發展，多元材料復合化成為新材料的發展趨勢，通過兩種或者多種材料的復合，可實現功能和性能上的相互彌補和優化，制備出性能更加優異的復合材料。本發明采用簡單的離子交聯和冷凍干燥相結合的方法，研制了一種環保型、低成本、光致自清潔、穩定性高、多功能的藻酸鹽基復合TiO₂氣凝膠材料，與未復合TiO₂的氣凝膠相比，該復合氣凝膠具有高比表面積、高孔隙率、超親水-水下超疏油、易塑型、易回收、易自清潔和油/水分離可重用性(至少120個循環)的特點，在油水分離的實際應用中有廣闊的前景，也為設計多功能氣凝膠用于污水治理開辟了新的途徑。

發明內容

針對現有油水分離應用過程中存在的問題和缺陷，本發明提供了一種工藝簡單、生產成本低廉且具有超高穩定性的油水分離用自清潔藻酸鹽基復合TiO₂氣凝膠材料及其制備。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：