[發(fā)明專利]一種可用于油包水乳液分離的多層泡沫鎳復(fù)合材料的制備方法

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• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113559554A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭志光;王憶
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號: B01D17/022
• 分類號: B01D17/022
• 代理公司: 武漢聚信匯智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42258
• 代理人: 劉丹

本發(fā)明公開一種可用于油包水乳液分離的多層泡沫鎳復(fù)合材料的制備方法，該方法以海綿狀多孔泡沫鎳為載體，超疏水性納米碳粉為填充物，疏水性聚二甲基硅氧烷為粘結(jié)劑，通過簡單的懸浮液浸沒法與加熱固化法制備了單層超疏水泡沫鎳復(fù)合材料，再使用壓機(jī)將單層壓制成具有高孔隙率和多級粗糙結(jié)構(gòu)的多層復(fù)合材料用于油包水乳液分離。該微納結(jié)構(gòu)表面在空氣中和油下均具有良好的超疏水特性，另外，采用該多層復(fù)合材料制得的多層高效油包水乳液分離膜在高效分離乳液的過程中表現(xiàn)出出色的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械抗拉伸性和耐磨性，可重復(fù)多次使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維油包水乳液分離膜制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及制備具有化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的多層超疏水泡沫鎳復(fù)合分離材料的方法。

背景技術(shù)

隨著社會的發(fā)展，在工業(yè)制造和日常生活中會產(chǎn)生大量含油污水，未經(jīng)處理的含油廢水會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此分離油水混合物，尤其是乳化后的油水混合物是一項嚴(yán)峻且必須攻克的挑戰(zhàn)。膜技術(shù)因其較高的分離效率和簡單的操作過程被認(rèn)為是處理含油廢水最有效的方法。然而膜技術(shù)在用于分離含油廢水時，除了優(yōu)化分離效率和通量以外，還需要解決油滴和其他有機(jī)小分子吸附在膜表面引起的膜污染問題。因此可以利用固體表面的超潤濕行為來設(shè)計油水分離材料。

通過簡單且低成本的浸沒，加熱固化以及壓制的方法制備了多層具有超疏水特性的NF/CNP-PDMS復(fù)合材料。該膜僅在重力作用下即可分離多種油包水型乳液，平均分離效率高達(dá)95％。并且，碳納米顆粒-聚二甲基硅氧烷(CNP-PDMS)的填充大大提高了泡沫鎳的化學(xué)穩(wěn)定性與機(jī)械穩(wěn)定性。這些特性對于穩(wěn)定且高效的油下超疏水自清潔材料以及乳液分離設(shè)備的研究是有益的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種簡便易行、經(jīng)濟(jì)高效的制備具有化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性的多層超疏水泡沫鎳油包水乳液分離材料的方法。以機(jī)械性能優(yōu)良的泡沫鎳(NF)作為過濾載體，以低表面能且具有微納結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒(CNPs)作為填充物，以具有低表面能和疏水性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為粘結(jié)劑，通過簡單的懸浮液浸沒、加熱固化以及壓制的方法實現(xiàn)多層高效油包水乳液分離膜的制備。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種可用于油包水乳液分離的多層泡沫鎳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

A.實驗前期準(zhǔn)備：將泡沫鎳剪裁至合適大小并在乙醇中超聲清洗30min，然后用去離子水洗滌干凈并放入烘箱烘干備用；

B.懸浮液制備：將一定量的碳納米顆粒CNPs、聚二甲基硅氧烷PDMS和固化劑加入到正己烷中，使用30KHz的頻率超聲處理1h，以形成穩(wěn)定的懸浮液并保存待用；

C.單層泡沫鎳復(fù)合材料制備：將步驟A中洗凈干燥的泡沫鎳小片浸入步驟B得到的懸浮液中，室溫放置，直至溶劑蒸干，碳納米顆粒CNPs和聚二甲基硅氧烷PDMS的混合物均勻沉積在泡沫鎳內(nèi)部和表面，然后置于100℃的馬弗爐中1h，使其固化，即可得到單層泡沫鎳復(fù)合材料；

D.多層泡沫鎳復(fù)合材料制備：取步驟C中制備的單層泡沫鎳復(fù)合材料若干張，使用壓力機(jī)將其壓制成具有一定厚度的多層泡沫鎳復(fù)合材料NF/CNP-PDMS。

進(jìn)一步的，步驟A中，泡沫鎳剪裁至合適大小的尺寸為：長和寬為3×3cm。

進(jìn)一步的，步驟B中，碳納米顆粒CNPs、聚二甲基硅氧烷PDMS、固化劑和正己烷的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為：0.2％：1.9％：0.2％：97.7％。

進(jìn)一步的，步驟B中，使用的固化劑為184硅橡膠，其與聚二甲基硅氧烷PDMS的端基反應(yīng)起到粘接劑的作用。

進(jìn)一步的，步驟D中，壓制多層泡沫鎳復(fù)合材料時，選取5張單層泡沫鎳復(fù)合材料小片，壓至2mm厚，得到尺寸為3cm×3cm×2mm的NF/CNP-PDMS復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，還包括步驟E.油包水乳液分離性能測試：