一種基于液體表面張力差異分離有機(jī)混合液體的分離膜的制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及油油分離的方法，具體地說(shuō)，是指一種基于液體表面張力差異分離有機(jī)混合液體的分離膜及其制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]廢液處理一直是個(gè)值得思考的問(wèn)題，尤其是在污水處理、食品加工和工業(yè)廢水等方面。廢液處理主要分為固液分離、油水分離和油油分離，其中最困難的分離是油油分離。目前常用于油油分離的方法包括萃取、蒸餾、吸收等，然而，這些方法成本高，毒性大，會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成很大的威脅。因此，選擇一個(gè)高效、環(huán)保的油油分離方法是很重要的。近年來(lái)，研究員研究了多種天然材料的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)現(xiàn)材料的表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分是影響固體表面潤(rùn)濕性的主要因素。在理論基礎(chǔ)上，很多具有特殊潤(rùn)濕性的材料已經(jīng)被制備出來(lái)并被用于油水分離，基底材料主要包括織物、泡沫、無(wú)機(jī)金屬網(wǎng)(Zhang，F(xiàn).，et al.，Nanowire-haired inorganic membranes with superhydrophiIicity and underwaterultralow adhesive superoIeophobicity for high-efficiency oil/waterseparat1n.Adv Mater,2013.25(30):p.4192-8)等。
[0003]實(shí)際上，工業(yè)廢水污染物是多種多樣的，當(dāng)前油水分離的策略不能完全滿足廢水處理的需要。對(duì)于廢水的處理，油和水的分離是廢液處理的小部分，對(duì)于廢液的有機(jī)混合液的分離也是一個(gè)需要解決問(wèn)題，因?yàn)樗粌H能防止二次污染，同時(shí)也提升了有機(jī)溶劑的回收利用。因此，提出新的策略處理廢水是很必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有的廢水處理方式中存在的不足，本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種特殊浸潤(rùn)性功能分離膜對(duì)廢水中的有機(jī)混合液體進(jìn)行高效分離;本發(fā)明的方法能夠基于表面張力的差異選擇透過(guò)有機(jī)混合液體中表面張力30mN/m以下的液體。
[0005]本發(fā)明首先提供一種基于液體表面張力差異分離有機(jī)混合液體的分離膜的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0006]第一步，金屬網(wǎng)A上粗糙結(jié)構(gòu)的制備:
[0007 ]將金屬網(wǎng)A在丙酮、乙醇、蒸餾水中超聲清洗去除污物。將洗凈的金屬網(wǎng)A浸入溶液B中制備粗糙結(jié)構(gòu)，蒸餾水超聲烘干。優(yōu)選的，在金屬網(wǎng)A浸入溶液B之前，先在鹽酸溶液中浸泡除去表面氧化物。所述的金屬網(wǎng)A在溶液B中的浸入時(shí)間為3?30min。所述的蒸餾水超聲烘干的時(shí)間為10?30min。所述的粗糙結(jié)構(gòu)是指附著在金屬網(wǎng)A上的納米針狀結(jié)構(gòu)。
[0008]第二步，低表面能物質(zhì)的修飾:
[0009]將金屬網(wǎng)A用低表面能物質(zhì)C修飾，形成超疏水超親油的金屬網(wǎng)，得到分離膜A。
[0010]所述的金屬網(wǎng)A為銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)等多孔金屬網(wǎng)的一種。溶液B為氫氧化鈉和過(guò)硫酸鉀的混合溶液，或者為氯化銅溶液或硝酸溶液中的一種?；旌先芤褐袣溲趸c溶液濃度范圍lmol/L?3mol/L，過(guò)硫酸鉀溶液的濃度范圍為0.lmol/L?0.5mol/L;所述氯化銅溶液濃度范圍為0.lmol/L?lmol/L;所述硝酸溶液濃度范圍3mol/L?5mol/L。所述低表面能物質(zhì)C為全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷或十六烷基硫醇等低表面能物質(zhì)中的一種。低表面能物質(zhì)的修飾方法包括氟硅烷醇溶液中浸泡和氣相沉積法修飾其中的一種。氟硅烷醇溶液的質(zhì)量百分比濃度為0.1?5%，氣相沉積法所選擇的溫度100?180°C，修飾時(shí)間2?I Oh。
[0011]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用所述的分離膜分離有機(jī)混合液體的方法，具體為:
[0012]將制備好的分離膜固定好，有機(jī)混合液體中表面張力30mN/m以下的液體可以透過(guò)分離膜A，實(shí)現(xiàn)基于表面張力差異的有機(jī)混合液體的分離。進(jìn)一步的，分別選擇表面張力36mN/m以上和30mN/m以下的兩種不互溶有機(jī)溶劑液體進(jìn)行染色并混合得到有機(jī)混合液體D。將有機(jī)混合液體D傾倒在制備的分離膜A上進(jìn)行分離。
[0013]所述的有機(jī)混合液體D中的兩種液體，表面張力36mN/m以上的有機(jī)溶劑液體可以是甲酰胺、乙二醇或丙二醇等，表面張力30mN/m以下的有機(jī)溶劑液體，可以是石油醚、正己烷、正庚烷、四氯化碳、十二烷、十六烷或二甲苯等。
[0014]本發(fā)明提出了一種基于液體表面張力差異分離有機(jī)混合液體的分離膜的制備方法和應(yīng)用，所述制備方法以無(wú)機(jī)金屬網(wǎng)A為基底，經(jīng)過(guò)表面粗糙結(jié)構(gòu)的形成和低表面能物質(zhì)的修飾，得到了具有基于液體液體表面張力差異分離有機(jī)混合液體的分離膜A，只有液體表面張力30mN/m以下的有機(jī)溶劑液體才被允許透過(guò)所述分離膜A。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于液體表面張力差的有機(jī)混合液體的分離?；诠逃械哪腿軇┬院蛢?yōu)良的機(jī)械性能，該分離膜A可以反復(fù)分離有機(jī)混合溶劑。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)多相液體混合物的分離提供了一個(gè)新的發(fā)展方向。同時(shí)促進(jìn)了在生活和工業(yè)廢水處理領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0016](I)與現(xiàn)有的油水分離方法相比，本發(fā)明制備的分離膜基底具有較好的機(jī)械性能和耐溶劑性，為分離有機(jī)溶劑提供了良好的基礎(chǔ)。
[0017](2)本發(fā)明提供的有機(jī)混合液體的分離方式可以將表面張力分別為36mN/m以上和30mN/m以下的有機(jī)溶劑分離，突破了現(xiàn)有的分離混合液體體系的局限性。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1本發(fā)明中分離膜A的掃面電鏡圖片；
[0019]圖2本發(fā)明中分離膜A的浸潤(rùn)性表征。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]將商用的銅網(wǎng)分別在丙酮、乙醇、蒸餾水中超聲清洗除去表面上的污物，之后在HCl中浸泡除去表面氧化物。烘干后將洗凈的銅網(wǎng)浸泡在2.5M的氫氧化鈉和0.1M過(guò)硫酸鉀的混合水溶液中30min，用蒸餾水洗凈烘干，在銅網(wǎng)上制備得到粗糙結(jié)構(gòu)。如圖1所示，納米針狀結(jié)構(gòu)均勻的附著在銅網(wǎng)的表面，并且沒(méi)有堵塞孔徑。將具有粗糙結(jié)構(gòu)的銅網(wǎng)在全氟癸基三乙氧基硅烷中150°C修飾2h，得到分離膜A。如圖2所示，甲酰胺液滴(4yL)在分離膜A上顯示疏油性，說(shuō)明分離膜A具有良好的疏油性質(zhì)，甲酰胺在分離膜上的接觸角高達(dá)145.5°。
[0023]將制備的產(chǎn)物分離膜A裁剪并固定在兩個(gè)鋼法蘭之間，鋼法蘭的兩個(gè)上下端口分別連接玻璃管，上管口作為有機(jī)混合液體的注入口，下管口作為液體的出口。將甲酰胺和正己烷的混合液體傾倒在分離膜A上進(jìn)行分離。甲酰胺被截留在分離膜A的上面而正己烷透過(guò)了分離膜A，分離效率達(dá)到了 98 %以上。
[0024]實(shí)施例2
[0025]將商用的不銹鋼網(wǎng)分別在丙酮、乙醇、蒸餾水中超聲清洗除去表面上的污物。在IMHCl中浸泡1min除去表面的氧