[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)油水按需分離Janus膜材料的制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210299280.5
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114682099B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭志光;徐穎;楊付超;邱磊;曾西;丁思理;黃麟棋
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02;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)明屬于油水分離、環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，公開提供了一種實現(xiàn)油水按需分離Janus膜材料及其制備方法。本發(fā)明使用低成本的方法在銅網(wǎng)上電沉積片狀鋅，采用簡單的水熱法在其上生長超親水氧化鋅(ZnO@Zn@Cu)，然后經(jīng)過噴涂SiO2和十八硫醇的選擇性修飾得到一側(cè)超疏水，而另一側(cè)展現(xiàn)出超親水的Janus膜。這種不對稱潤濕性Janus膜可以實現(xiàn)油水混合物的按需分離，輕油重油油水混合物分離效率均保持在99.7％以上。并且Janus膜在經(jīng)過50次砂紙打磨、酸堿腐蝕和循環(huán)測試后仍然保持超疏水性，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性。本發(fā)明提高了Janus膜的機械穩(wěn)定性，改善了油水分離性能，且原材料價格低廉，來源廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)油水按需分離Janus膜材料的制備方法，特別是實現(xiàn)高油水混合物分離效率和按需分離，屬于化工廢水分離、環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自然界中，在一些具有特殊結(jié)構(gòu)的動植物身上(如荷葉、魚鱗、甲殼蟲)可以發(fā)生奇特的潤濕現(xiàn)象，受此啟發(fā)，專家們設(shè)計了各種微納米結(jié)構(gòu)的潤濕性材料，用于自清潔、液滴操控、水霧收集和油水分離。其中，膜分離技術(shù)因其操作簡單、高通量、高效率被認(rèn)為是最有效的候選技術(shù)之一。然而傳統(tǒng)分離膜的堵油、高能耗是油水分離領(lǐng)域的瓶頸。為此，研究人員制備了大量具有不對稱潤濕性的材料--Janus材料。由于在材料的兩面具有不同的組成和性質(zhì)，Janus材料具備一些獨特的物理、化學(xué)和生物特性，在油水分離、霧水收集和液滴操控等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。

目前構(gòu)造Janus膜的方法主要有兩大類。其一，通過在膜兩側(cè)構(gòu)建非對稱結(jié)構(gòu)的“層-層”制備法。其二，通過單面修飾或者選擇性修飾的化學(xué)不對稱修飾法。目前為止，人們已經(jīng)開發(fā)了很多種方法來制備Janus膜，然而，隨著社會的進(jìn)步，人們在低成本環(huán)保、高效方面有了更多的需求，要獲得具有截然相反的潤濕性Janus材料仍然具有挑戰(zhàn)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)油水按需分離Janus膜材料的制備方法，膜的兩側(cè)具有不對稱潤濕性。相比以Zn片為基底一步水熱法，本發(fā)明以銅網(wǎng)作為基底兩步法合成超親水ZnO，不僅能夠降低成本，還能有效調(diào)控網(wǎng)的孔徑。再進(jìn)行簡單的SiO₂噴涂和ODT修飾，制備的Janus膜能在酸堿等艱苦環(huán)境下有效實現(xiàn)油水的按需分離,重油的分離效率99.8％以上，輕油的分離效率為99.7％以上。

目前很多潤濕性膜一般具有單面潤濕性，實現(xiàn)多種類型油水混合物具有一定的限制作用。隨之而來的Janus膜因具備不對稱潤濕性，引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。為了實現(xiàn)水的定向運輸以及高分離效率，有的研究者將Janus膜制備成兩層不同結(jié)構(gòu)，但其機械性能較差；而三層結(jié)構(gòu)膜的制備比較復(fù)雜，同時也存在一定界面相容性問題。因此在提升膜的機械性能的同時，需兼顧膜的性能和分離效率，發(fā)明人以銅網(wǎng)材料作為基底，通過簡單的沉積和水熱反應(yīng)，能保證膜的兩面都呈超親水，然后經(jīng)過噴涂和修飾，得到不對稱潤濕性的Janus膜。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種實現(xiàn)油水按需分離Janus膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)超親水ZnO@Zn@Cu網(wǎng)的制備

將2.5×2.5cm²銅網(wǎng)依次用丙酮、乙醇和去離子水洗滌；將濃硫酸和一定濃度的ZnSO₄倒入燒杯中，并以洗凈的銅網(wǎng)作陰極，鉑片作陽極，設(shè)置電源為恒流輸出模式，浸入該混合溶液中進(jìn)行電沉積；然后配置Zn(NO₃)₂、NH₃·H₂O混合溶液，將鍍鋅后的銅網(wǎng)與上述溶液一并放置入反應(yīng)釜中水熱反應(yīng)得到親水的ZnO@Zn@Cu網(wǎng)；

(2)Janus膜的制備