[發明專利]一種具有花狀結構的含油污水分離膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201911352147.6
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN110960889A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 祝磊;李暉;薛慶忠;李小芳;朱旭;馬超;尹瑩瑩
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: B01D17/022
• 分類號: B01D17/022
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種具有花狀結構的含油污水分離膜及其制備方法。我們以聚丙烯腈和聚乙烯亞胺為原材料，利用靜電紡絲技術制備了一種絲徑在500納米左右、且孔隙率極高的纖維膜；然后通過水熱合成方法在纖維膜表面生長花狀結構的MIL?53?OH金屬有機骨架化合物。利用聚乙烯亞胺鏈上的氨基和MIL?53?OH上的羥基與羧基對水的吸附作用，以及MIL?53?OH納米花狀結構的協同作用，實現對油水乳液和有機染料的高效分離，分離通量(4260升每平方米每小時)達到傳統商業分離膜的十倍，分離后的水可以達到國家污水排放標準；同時該纖維膜還具有優異的耐酸堿性能，在實際的工業生產中具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種油水分離材料，具體涉及一種具有花狀結構的含油污水分離膜及其制備方法，屬于新材料技術領域。

背景技術

在油品的開采、運輸和使用過程及人們的日常生活中，經常產生大量的含油污水。據初步統計，2012年全球含油污水的排放量達到100億噸，并且仍在逐年攀升。含油污水化學耗氧量高，直接排放到環境中，對土壤、河流和海洋都會造成嚴重污染。此外，人口和經濟的快速增長導致人們對清潔水的需求量不斷增大。因此，快速高效地處理含油污水具有重大的意義。

膜分離技術具有能耗低、出水含油量少、分離效率高、濃縮液可回收的優點，被認為是含油污水處理領域最具潛力的新技術。目前研究的分離膜主要有金屬網膜、相轉化膜、無紡布膜和電紡纖維膜。其中，電紡纖維膜是利用靜電紡絲技術制備的具有微納米孔和超高孔隙率(～90％)的聚合物纖維膜，在含油污水分離中展現出獨有的優勢，受到了國內外的廣泛關注。例如，東華大學丁彬等人利用二氧化硅修飾靜電紡絲多孔纖維膜，并研究了其含油污水分離性能，發現其通量可達2237升每平方米每小時。浙江大學徐志康等人通過交替浸漬礦化法在微孔聚丙烯纖維膜表面構建了CaCO₃涂層，成功實現了對含油污水的高效分離，分離通量可達2000升每平方米每小時。研究表明，靜電紡絲法制備的多孔纖維膜的分離通量比現有商業膜的通量(約300升每平方米每小時)高一個數量級。然而，在長期使用過程中，油滴容易粘附到纖維膜表面及孔壁造成其表面污染和孔堵塞，既降低了膜的分離效率和使用壽命，又增加了清洗維護成本。因此，研發具有超強抗油污性的高效含油污水分離膜是推動其工業化應用的關鍵。

纖維膜的油水分離性能調控主要是通過表面化學改性和表面結構改性兩種途徑。金屬有機框架化合物具有超高的比表面積、高孔隙率、孔道規則、孔徑可調等優點，然而，其在含油污水分離中卻鮮有應用。金屬有機框架化合物中的MIL-53-OH具有很好的親水性，且可在水相中穩定存在。因此，可用于調控纖維膜的表面結構及化學性質，從而提升纖維膜的親水性和抗污性。

首先，我們通過靜電紡絲技術制備聚丙烯腈/聚乙烯亞胺多孔纖維膜；然后在表面原位生長MIL-53-OH納米花，制備出具有花狀結構的多孔纖維膜。該多孔纖維膜具有極低的油粘附性和較高的抗油污性能，可以對含油污水進行高效分離，分離通量(4260升每平方米每小時)達到傳統商業分離膜的十倍，分離后的水可以達到國家污水排放標準，且該膜還具有優異的有機染料分離性能，在實際的工業生產中具有很好的應用前景。

發明內容

本發明目的是采用一種簡單的方法制備一種具有高效含油污水分離性能和較高抗油污性的含油污水分離膜。

下面簡要闡明本發明的實現過程。首先利用靜電紡絲技術制備親水性的聚丙烯腈/聚乙烯亞胺多孔纖維膜，然后在表面原位生長超親水性MIL-53-OH納米花，制備出具有花狀結構的含油污水分離膜。

本發明涉及一種具有花狀結構的含油污水分離膜及其制備方法，其通過以下具體步驟實現：

(1)將聚丙烯腈與聚乙烯亞胺溶于二甲基甲酰胺，聚丙烯腈的質量分數為5％～20％，聚乙烯亞胺的質量分數為1％～10％，在常溫下磁力攪拌6～24小時，得到聚丙烯腈/聚乙烯亞胺前驅液。