[發明專利]水下疏油/油下疏水可切換的油水分離材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210017412.0
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114307254B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 徐昌連;羅依桐;楊剛;畢譯文;賴春蓉
• 申請（專利權）人: 四川農業大學;四川科盛新環境科技有限公司
• 主分類號: B01D17/02
• 分類號: B01D17/02;C02F1/40
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 唐麗蓉

本發明公開的水下疏油/油下疏水可切換的油水分離材料是由酚類化合物改性并由有機配體和金屬離子生成的化合物自組裝形成的微納米結構附著于多孔網狀基底材料表面組成，該材料在空氣中水接觸角為0～155°，在水中油接觸角大于90°且在油中水接觸角大于90°，其既能用于過油阻水又能用于過水阻油來分離油水混合物。本發明還公開了其制備方法。本發明公開的油水分離材料既能滿足在不同類型油水體系中的水下疏油和油下疏水的切換，且分離油水50個循環后，分離效率還可以高于98.55％，加之采用的原料來源廣泛、價格低廉，不僅綠色環保，可以降低成本，且更易于擴大生產，便于推廣應用。

技術領域

本發明屬于油水分離材料及其制備技術領域，具體涉及一種水下疏油/油下疏水可切換的油水分離材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會的快速發展，人們對于化學制品的需求量日益增加，這極大地促進了化工及材料行業的快速發展。然而，化工及材料行業的快速發展也使得化工原料的泄漏事故也日益增多，尤其是含鹵素有機溶劑進入水體后因其密度大于水而位于在水體下層，使得其無法通過傳統的吸附法或自然揮發的方式進行去除。這些位于水體下層的有機試劑會造成嚴重的水體和土壤污染。與此同時，在海上原油運輸過程中頻發的泄漏事故也不僅造成了水體和土壤污染，還帶來了巨大的能源浪費。目前，過油阻水和過水阻油是用于含油廢水處理的兩大類材料之一。過油阻水材料主要被用于含重油(密度大于水)廢水處理，而過水阻油主要應用于含輕油(密度小于水)廢水處理。

過油阻水和過水阻油材料均是利用材料表面對油或水的相反潤濕性，即親水疏油性、親油疏水性、水下疏油和油下疏水等性能。其中實現親水疏油通常需要具有低表面能的長鏈含氟硅氧烷改性，親油疏水性則需要含氟磺酸鈉等物質的改性，這些物質不僅價格昂貴且具有一定生物毒性，對環境存在潛在威脅。而水下疏油和油下疏水性是通過水或油潤濕來提供相異的潤濕性，也是實現過水阻油和過油阻水的有效手段。

在一個給定的油水體系中，水下油接觸角和油下水接觸角之和理論上等于180°，即水下疏油和油下疏水性是熱力學不穩定狀態，因此無法通過常規方法同時獲得油下疏水且可水下疏油的材料。但是同時具備水下疏油性和油下疏水性可使得材料能夠應用于各種類型的含油廢水的處理，即可過水阻油亦可過油阻水從而實現含油廢水的可切換分離。目前已經報道的在同一油水體系中能同時實現水下疏油和油下疏水性的材料通常在空氣中通常表現為親水性且制備過程繁瑣。如Tian等(TianX,JokinenV,Li J,Sainio J,RasRH.Unusual dual superlyophobic surfaces in oil-water systems:Thedesignprinciples[J].AdvancedMaterials,2016,28(48):10652-10658.)通過等離子刻蝕，制備了水下疏油和油下疏水陣列的材料，并從理論上證明了該陣列材料需要滿足在空氣中水接觸角在56～74°之間就可實現水下疏油和油下疏水性。然而該材料僅適用于一個特定的油水體系，當油水體系更換后需要重新修飾才可再次實現水下疏油和油下疏水性。Kang及其合作者(KangL,WangB,ZengJ S,ChengZ,Li JP,XuJ,GaoWH,ChenKF.Degradabledual superlyophobic lignocellulosic fibers for high-efficiency oil/waterseparation[J].Green Chemistry,2020,22(2):504-512.)采用三聚氰胺甲醛樹脂改性木質素制備了同時具有水下疏油和油下疏水性材料，其在空氣中具有超親水性(水接觸角近似等于0°)。Wu等(Wu M,Shi G,Liu W,Long Y,Mu P,Li J.A universal strategy for thepreparation of dual superlyophobic surfaces in oil–water systems[J].ACSApplied MaterialsInterfaces,2021,13(12):14759-14767.)采用山軟木、黃土、二氧化鈦和十八烷基三氯硅烷為原料制備了油下疏水和水下疏油的材料，并用于含油廢水凈化，然而，其使用循環性較差，且仍然無法避免使用昂貴且具有強腐蝕性的硅氧烷。綜上所述，目前已經報道的在同一油水體系中同時具有水下疏油和油下疏水性的材料，通常需要在空氣中滿足親水性，且存在制備過程復雜、產物循環使用性差、需使用昂貴劇毒或腐蝕性試劑、通常不能適應多種油水體系以及不能將方法拓展于更多基材等問題。因此，亟需找到一種經濟成本低、綠色環保、可適用于多種基材以用于過水阻油和過油阻水可切換分離油水的水下疏油和油下疏水材料的制備方法且制備的材料在空氣中具有寬的親疏水性，以滿足不同類型含油廢水凈化處理。