一種雙層結(jié)構(gòu)γ-AlOOH涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種雙層結(jié)構(gòu)γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含油污水的來(lái)源廣泛，除了石油開采及加工排出大量含油廢水外，還有固體燃料熱加工、紡織工業(yè)中的洗毛廢水、輕工業(yè)中的制革廢水、食品加工以及機(jī)械工業(yè)中車削工藝中的乳化液等。隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，油水分離技術(shù)也越來(lái)越受到人們的重視?，F(xiàn)有的油水分離網(wǎng)膜存在加工過(guò)程復(fù)雜的缺點(diǎn)，如需要加工烘烤成膜，并且涂層較厚，容易使油液流動(dòng)阻力增大，從而降低油水分離的效率。而且還存在原料成本高導(dǎo)致油水分離膜造價(jià)貴的問(wèn)題，同時(shí)大量有機(jī)原料的使用也帶來(lái)嚴(yán)重的污染。因此，如何降低成本、提高分離效率以及綠色環(huán)保成為油水分離網(wǎng)膜技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0003]勃姆石是一種重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，具有獨(dú)特的化學(xué)物理性質(zhì)，而且無(wú)毒環(huán)保、合成成本低，已成為制備氧化物涂層油水分離膜的熱點(diǎn)材料。如Wang等(Zhi jie Wang ,YuTian,Haosen Fan etc.Facile seed-assisted hydrothermal fabricat1n of y-AlOOHnanoflake films with superhydrophobicity[J].NewJ.Chem,2014,38，1321-1327.)通過(guò)種子輔助水熱法在玻璃基底上制備出γ-AlOOH納米片超疏水膜，水的接觸角為160° ±3° ;他們(Zhi jie Wang , Jinghua Gong，Jinghong Ma and Jian Xu.1n situ growthofhierarchical boehmite on 2024 aluminum alloy surface as superhydrophobicmaterials[J].RSC Adv 2014,4，14708-14714.)也通過(guò)原位生長(zhǎng)的方法在2024鋁合金表面制備出花狀結(jié)構(gòu)的γ -Α100Η，水的接觸角為155°。然而，現(xiàn)有方法制備的γ -Α100Η超疏水膜的疏水性能相對(duì)不高，超疏水膜的形態(tài)不豐富，同時(shí)在油水分離方面的應(yīng)用及油水分離效率的報(bào)道還很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要是針對(duì)現(xiàn)有方法制備的γ-Α100Η超疏水膜的疏水性能不高的問(wèn)題，提供一種雙層結(jié)構(gòu)γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料及其制備方法，通過(guò)本發(fā)明方法制備的超疏水親油油水分離網(wǎng)膜，其γ -Α100Η涂層呈雙層結(jié)構(gòu)，疏水性能好、油水分離效率高，而且工藝簡(jiǎn)單、成本低。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種雙層結(jié)構(gòu)γ-Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料，以不銹鋼網(wǎng)為基體，在其上有γ -Α100Η涂覆層，所述γ -Α100Η涂覆層為雙層結(jié)構(gòu)，其底層由納米片堆砌而成，納米片長(zhǎng)度為250?400nm，寬度為200?300nm，納米片之間的間距為30?50nm，頂層為分布在納米片表層的納米花隨機(jī)分布構(gòu)成，單個(gè)納米花長(zhǎng)度為0.6?1.Ομπι，寬度為200?400nm，納米花結(jié)構(gòu)為一維納米片自組裝形成的三維結(jié)構(gòu)。
[0006]如上述雙層結(jié)構(gòu)γ-Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將300?500目不銹鋼網(wǎng)置于丙酮和無(wú)水乙醇的混合液中，經(jīng)超聲波清洗后干燥，將干燥后的不銹鋼網(wǎng)置于濃硫酸或濃硝酸和雙氧水的混合溶液中浸泡，最后洗凈干燥待用；
[0008](2)將溶有鋁鹽、沉淀劑及生物質(zhì)添加劑的水溶液攪拌至透明后，轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，并將步驟(I)中待用的不銹鋼網(wǎng)垂直懸掛于溶液中，進(jìn)行水熱反應(yīng)；
[0009](3)將反應(yīng)后的不銹鋼網(wǎng)置于低表面能的溶液中浸泡后，洗凈、干燥，即得雙層結(jié)構(gòu)γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜。
[0010]本發(fā)明旨在金屬網(wǎng)表面構(gòu)造粗糙的γ-Α100Η微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)合低表面能物質(zhì)修飾的方法，制備得到超疏水親油網(wǎng)膜材料。本發(fā)明中雙層結(jié)構(gòu)γ-Α100Η分離膜，其底層是納米片堆砌而成，頂層為分布在納米片表層的三維納米花隨機(jī)分布構(gòu)成。這種隨機(jī)堆疊的雙層結(jié)構(gòu)，增加了膜表面的有用空隙，空氣在膜表面的儲(chǔ)存量較單層結(jié)構(gòu)多。當(dāng)液滴與膜表面接觸時(shí)，出現(xiàn)氣-固-液三相接觸界面，由于膜表面空隙中大量的空氣存在，使得氣-液兩相的接觸面積增大，相應(yīng)液-固兩相的接觸面積較少，從而實(shí)現(xiàn)了超疏水性能。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟(I)丙酮與無(wú)水乙醇的體積比為0.3?0.6:1。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟(I)濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93?98%，濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60?65%，雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20?25%，濃硫酸或濃硝酸與雙氧水的體積比為0.2?0.4:1。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟(I)超聲波清洗時(shí)間為25?30min，浸泡時(shí)間為0.5?lh。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟(2)水溶液中沉淀劑的濃度為0.1?0.2M，鋁鹽、沉淀劑及生物質(zhì)添加劑的摩爾比為0.2?0.6:1:0.01?0.02。
[0015]作為優(yōu)選，所述沉淀劑為尿素，鋁鹽選自硝酸鋁、氯化鋁中的一種，生物質(zhì)添加劑選自果糖、D-半乳糖中的至少一種。
[0016]作為優(yōu)選，所述步驟(2)水熱反應(yīng)溫度為160?170°C，反應(yīng)時(shí)間為5?7h。
[0017]作為優(yōu)選，所述步驟(3)低表面能溶液的濃度為0.02?0.03M，其溶質(zhì)選自硬脂酸、正十二硫醇、正十六硫醇中的至少一種，溶劑選自無(wú)水乙醇、丙酮中的一種。
[0018]作為優(yōu)選，所述步驟(3)浸泡時(shí)間為2?2.5h。
[0019]本發(fā)明制備的油水分離網(wǎng)膜可適用于柴油、汽油、食用油、潤(rùn)滑油、煤油、苯、氯仿等一種或多種組分混合的油水混合物的分離，油水混合物的油水體積比可為0.5?1:1，分離效率在98%以上。使用時(shí)，量取一定體積的油水混合物，攪勻后，倒入油水分離裝置中，SP可實(shí)現(xiàn)油水分離。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的雙層結(jié)構(gòu)γ-A100H涂覆的油水分離網(wǎng)膜的制備方法，較以往方法原料易得，成本低廉，操作簡(jiǎn)單，處理方便，而且制備的油水分離網(wǎng)膜疏水性能好、油水分離效率高。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為實(shí)施例1制備的不銹鋼網(wǎng)膜涂層的X-ray衍射圖；
[0022]圖2為實(shí)施例2制備的不銹鋼網(wǎng)膜表面1yL水滴接觸角狀態(tài)圖；
[0023]圖3為實(shí)施例3制備的不銹鋼網(wǎng)膜涂層的FE-SEM圖；
[0024]圖4為本發(fā)明制備的不銹鋼網(wǎng)膜分別對(duì)汽油、柴油、食用油、潤(rùn)滑油4種油水混合物的最低分離效率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]本發(fā)明所采用硝酸鋁為Al(NO3)3.9H20，氯化鋁為AlCl3.6H20(均為分析純)，其他原料和設(shè)備若非特指，均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本領(lǐng)域常用的，實(shí)施例中的方法，如無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0027]實(shí)施例1
[0028]—種雙層結(jié)構(gòu)γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0029](I)將300目不銹鋼網(wǎng)剪成60 X 50mm的網(wǎng)片，置于體積比為0.5:1的丙酮和無(wú)水乙醇的混合液中，經(jīng)超聲波清洗25min后，用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 V干燥20min，將干燥后的不銹鋼網(wǎng)置于體積比為0.2:1的濃硫酸和雙氧水的混合溶液中浸泡I h，然后用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 0C干燥20min后待用，其中濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98 %，雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25% ；
[0030](2)將 5g 硝酸鋁(0.013mol)、1.5g 尿素(0.025mol)和0.18果糖(0.000511101)溶于250mL去離子水中，攪拌至溶液透明后，將溶液轉(zhuǎn)移至500mL的水熱反應(yīng)釜中，并將步驟(I)中待用的不銹鋼網(wǎng)垂直懸掛于透明溶液中，在170 °C下水熱反應(yīng)6h。
[0031](3)將反應(yīng)后的不銹鋼網(wǎng)用去離子水清洗3次，在70°C干燥20min后，置于硬脂酸與無(wú)水乙醇混合溶液中浸泡2h，其中硬脂酸與無(wú)水乙醇混合溶液中，硬脂酸0.7 5g(0.0026mol)，無(wú)水乙醇90mL，然后將不銹鋼網(wǎng)取出，用酒精清洗3次，在70°C干燥3min，即得雙層結(jié)構(gòu)γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜。
[0032]測(cè)試不銹鋼網(wǎng)膜油水分離效率:
[0033]將制備的不銹鋼網(wǎng)膜固定于分離裝置中，量取90mL油水體積比為0.8:1的油水混合物，快速攪拌后，倒入分離裝置中，可以看到油快速通過(guò)網(wǎng)膜，而水則在網(wǎng)膜上面慢慢蓄積，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。實(shí)驗(yàn)中，選用柴油、潤(rùn)滑油、煤油、汽油為油相，通過(guò)測(cè)量分離前后油水混合物的質(zhì)量，計(jì)算得到油水分離效率分別為99.5%、98.5%、98.4%、98.5%。
[0034]實(shí)施例2
[0035]—種雙層結(jié)構(gòu)γ -Α100Η涂覆的油水分離網(wǎng)膜的制備方法，包括以下步驟:
[0036](I)將325目不銹鋼網(wǎng)剪成60 X 50mm的網(wǎng)片，置于體積比為0.3:1的丙酮和無(wú)水乙醇的混合液中，經(jīng)超聲波清洗30min后，用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 V干燥20min，將干燥后的不銹鋼網(wǎng)置于體積比為0.3:1的濃硫酸和雙氧水的混合溶液中浸泡0.5h，然后用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 °C干燥20min后待用，其中濃硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93 %，雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% ；
[0037](2)將4.58硝酸鋁(0.012!1101)、2.(^尿素(0.0311101)和0.18 D-半乳糖(0.0005mol)溶于250mL去離子水中，攪拌至溶液透明后，將溶液轉(zhuǎn)移至500mL的水熱反應(yīng)釜中，并將步驟
(I)中待用的不銹鋼網(wǎng)垂直懸掛于透明溶液中，在160 °C下水熱反應(yīng)5h。
[0038](3)將反應(yīng)后的不銹鋼網(wǎng)用去離子水清洗3次，在7