一種光響應(yīng)性油水分離濾紙及其制備方法與流程

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本發(fā)明涉及一種光響應(yīng)性油水分離濾紙及其制備方法，屬于有機(jī)無機(jī)復(fù)合功能材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

含油廢水主要來自石油開采、原油泄漏、船舶壓艙水以及化工、鋼鐵、食品、紡織、機(jī)械加工等行業(yè)，含油污水破壞生態(tài)平衡，危害人類健康。對含油污水進(jìn)行處理，有利于水環(huán)境的改善；通過油水分離可去除成品油中的水分等雜質(zhì)，提高油品質(zhì)量。利用材料的特殊浸潤性對油和水的不同界面作用來實現(xiàn)油水分離，已成為推動油水分離技術(shù)發(fā)展的重要突破口。與傳統(tǒng)的油水分離材料相比，具有特殊浸潤性的油水分離材料具有高效性和高選擇性。目前，具有特殊浸潤性的油水分離材料主要包括除油和除水兩類。隨著人們對含油水處理和油水分離要求的不斷提高，對油水分離技術(shù)和材料提出了新的挑戰(zhàn)。

環(huán)境響應(yīng)性聚合物具有獨特的可控親疏水行為，此類聚合物在外界環(huán)境條件變化刺激下可由疏水變?yōu)橛H水或由親水變?yōu)槭杷?，這種獨特的選擇性能使其在表面工程和油水分離器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。中國專利cn105085844a公開了一種用于油水分離的具有溫控潤濕特性的兩嵌段共聚物及其制備方法，共聚物中含聚n-異丙基丙烯酰胺而表現(xiàn)出溫度響應(yīng)的親疏水性。中國專利cn104531118a公開了一種具有智能特性的納米驅(qū)油劑的制備方法，將溫度敏感性聚合物與親水性聚合物、疏水性聚合物通過共價鍵接枝到納米粒子表面，經(jīng)復(fù)配后得到具有溫度響應(yīng)特性的智能納米驅(qū)油劑。中國專利cn1031111096a公開了一種具有水下超疏油性質(zhì)的響應(yīng)性油水分離膜及其制備方法，得到的網(wǎng)膜具有溫度和ph雙重響應(yīng)特性，實現(xiàn)可控油水分離。中國專利cn104841293a公開了一種具有二氧化碳刺激響應(yīng)的油水分離納米纖維膜及其制備方法，可以選擇性的進(jìn)行油水分離。此外，中國專利cn105194907a公開了一種具有ph響應(yīng)性油水分離銅網(wǎng)的制備方法，中國專利cn105148563a公開了濕度響應(yīng)性超親水超疏油油水分離膜及其制備方法，中國專利cn103945924a公開了在水性介質(zhì)中表現(xiàn)出疏油性和親油性可轉(zhuǎn)變的表面改性膜和其它表面改性基材。

在保持高油水分離效率的前提下，利用通用材料，簡化工藝過程，提高穩(wěn)定性，降低造價，實現(xiàn)油水分離材料的大規(guī)模制備與應(yīng)用是該領(lǐng)域的發(fā)展方向。與金屬網(wǎng)膜或其他硬質(zhì)材料相比，紙基材料具有柔軟、易成形等優(yōu)點，制備油水分離材料具有獨特優(yōu)勢。迄今為止，以紙為基材制備油水分離材料的報道較少。wangsuhao等(acsappl.mater.interfaces，2010，2，677-683)利用聚苯乙烯將二氧化硅納米粒子粘附在普通濾紙表面，制備的超疏水/超親油濾紙可清除水面漂浮的油污。中國專利cn102225273a公開了一種超疏水超親油紙基分離材料的制備方法，利用硅烷化試劑對二氧化硅納米粒子溶膠進(jìn)行改性，將濾紙浸泡其中自然晾干，即得超疏水親油紙基分離材料。中國專利cn104492276a公開了一類用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高鹽環(huán)境下的油水分離膜的制備方法，以濾紙為可支撐多孔基底，將其與含羥基的親水性聚合物共交聯(lián)，得到具有多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠包覆的濾紙網(wǎng)膜。盡管上述紙基油水分離材料的制備均涉及到聚合物，但聚合物不具有環(huán)境響應(yīng)性。鑒于環(huán)境響應(yīng)性聚合物在油水分離方面表現(xiàn)出的獨特選擇性，將其與紙基材料結(jié)合，對于智能化油水分離材料的發(fā)展可望邁出重要一步，亟待進(jìn)一步探索。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供光響應(yīng)性油水分離濾紙及其制備方法。

本發(fā)明所述光響應(yīng)性油水分離濾紙的制備方法，是采用浸涂法，將濾紙浸漬于特制的由納米二氧化硅顆粒、光響應(yīng)性聚合物、固化劑和有機(jī)溶劑均勻混合的溶液中，超聲分散，然后取出自然晾干或真空干燥，即制得光響應(yīng)性油水分離濾紙；其中，所述濾紙為平均孔徑為1～50微米的普通定性或定量濾紙；所述超聲分散的時間是20～60s；所述自然晾干的時間是24～48h；所述真空干燥的方法是：室溫條件下真空干燥6～12h；

其特征在于：

所述的混合溶液是按重量比計，將納米二氧化硅顆粒:光溫度響應(yīng)性聚合物:固化劑:有機(jī)溶劑為1～5:0.5～5.0:0.1～1:50～100進(jìn)行混合，超聲分散30～50分鐘后制成；其中：

所述的納米二氧化硅粒徑為20～100納米；

所述的光響應(yīng)性聚合物為甲基丙烯酸縮水甘油酯與偶氮類丙烯酸酯的共聚物，其結(jié)構(gòu)式為：

其中n＝5～30，m＝70～95，k＝0、2或6，r＝och3、och2ch3或no2；

所述的固化劑為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺中的一種或其幾種任意體積比的混合物；

所述的有機(jī)溶劑是甲苯、四氫呋喃、n，n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲基亞砜中的一種或其幾種任意體積比的混合物。

上述的光響應(yīng)性油水分離濾紙的制備方法中：所述的混合溶液優(yōu)選是按重量比計，將納米二氧化硅顆粒:光響應(yīng)聚合物:固化劑:有機(jī)溶劑為2～4:1:0.2:80～100進(jìn)行混合，超聲分散30分鐘后制成；其中：所述的納米二氧化硅顆粒粒徑優(yōu)選為40～60納米，所述的光響應(yīng)聚合物優(yōu)選為分子量在5～50kda的甲基丙烯酸縮水甘油酯-偶氮類丙烯酸酯共聚物，所述的固化劑優(yōu)選為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺，所述的有機(jī)溶劑優(yōu)選是甲苯、四氫呋喃、n，n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷或二甲基亞砜。

進(jìn)一步的，所述固化劑優(yōu)選是乙二胺，所述有機(jī)溶劑優(yōu)選是四氫呋喃。

本發(fā)明所述制備方法制得的光響應(yīng)性油水分離濾紙。

本發(fā)明公開的光響應(yīng)油水分離濾紙及其制備方法具有以下特點及效果：

(1)本發(fā)明提出了一種簡單的光響應(yīng)油水分離濾紙的制備方法，是通過浸涂法一步得到光響應(yīng)油水分離濾紙，簡捷快速，且原料組分配比和實驗條件易控制。

(2)本發(fā)明所述制備方法得到的油水分離濾紙具有光響應(yīng)性。由于偶氮基團(tuán)具有光異構(gòu)化作用，即對紫外光和可見光的交替作用產(chǎn)生響應(yīng)：紫外光照射下，偶氮基團(tuán)由反式構(gòu)型轉(zhuǎn)化為順式構(gòu)型，分子極性增大導(dǎo)致聚合物親水性增強(qiáng)；在可見光照射下，偶氮基團(tuán)由順式構(gòu)型回復(fù)為反式構(gòu)型，分子極性減小導(dǎo)致聚合物疏水性增強(qiáng)。濾紙表面包覆光響應(yīng)聚合物膜，在紫外光/可見光的交替照射下，會對油水混合物的分離產(chǎn)生選擇性，起到“開關(guān)”作用。

(3)本發(fā)明提供的油水分離濾紙通過聚合物中的環(huán)氧基團(tuán)在固化劑作用下開環(huán)縮聚，并與納米二氧化硅顆粒和紙基材料偶聯(lián)，有利于提高涂層的附著力。

具體實施方式

為易于進(jìn)一步理解本發(fā)明，下列實施例將對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。這些實施例具有一定的代表性，不能囊括本發(fā)明所有實例，僅用于更加清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

(1)甲基丙烯酸縮水甘油酯-6-[4-(4-乙氧基苯基偶氮)酚氧基]己基丙烯酸酯共聚物的制備

按摩爾比計，將甲基丙烯酸縮水甘油酯、6-[4-(4-乙氧基苯基偶氮)酚氧基]己基丙烯酸酯、引發(fā)劑偶氮二異丁腈(aibn)以10:90:1的摩爾比混合溶解于一定體積的苯甲醚中，對反應(yīng)容器進(jìn)行液氮冷凍-抽真空-充氮氣處理，循環(huán)三次。在氮氣保護(hù)下，將反應(yīng)容器置于65℃恒溫油浴中，電磁攪拌下反應(yīng)10h。待體系冷卻后，加入適量四氫呋喃將產(chǎn)物稀釋，并在石油醚中沉淀。再次溶解-沉淀后，室溫下真空干燥24h，得到甲基丙烯酸縮水甘油酯-6-[4-(4-乙氧基苯基偶氮)酚氧基]己基丙烯酸酯共聚物。

(2)以重量比計，將1g粒徑為40～60納米的二氧化硅顆粒、1.0g甲基丙烯酸縮水甘油酯-6-[4-(4-乙氧基苯基偶氮)酚氧基]己基丙烯酸酯共聚物、0.2g乙二胺、50ml四氫呋喃混合，超聲30min至均勻分散；