[发明专利]一种多功能应用的可生物降解油水分离膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工及高分子功能材料技术领域，具体涉及一种多功能应用的可生物降解油水分离膜的制备方法。

背景技术

水对维持人类的生活和社会的可持续发展起着至关重要的作用。伴随着人口的快速增长和工业化的高速发展，水污染成为一个非常严峻的问题。在多种水污染物来源中，无机（油和芳香化合物）和有机（染料）是主要污染物。一方面，石油化工、机械制造、交通运输、皮革加工、纺织制造、食品加工、医药生产等工业过程、日常生活中厨房用水以及时有发生的海上原油泄漏事故都不可避免地产生大量含油废水，污染人类赖以生存的水环境。无论是从石油资源的回收利用，还是从净化污水保护环境的角度，都要求对含油污水进行有效分离。油与水的分离对人类实现可持续发展具有重大意义。已经报道的聚偏氟乙烯膜等超亲油超疏水性材料具有较高的油水分离效果，但由于其亲油性使得在分离过程中油在渗过膜材料中造成油污染甚至阻塞从而影响膜的使用寿命及次数，并且这种亲油疏水性材料在分离过程中需要额外设备产生动力，分离成本以及能耗高。近年来，受鱼鳞以及蚌壳的启发，通过仿生学原理制备的水下超疏油性材料广受关注，这种材料不仅可以避免水处理过程中被油污染，并且可仅靠重力实现油与水分离，分离过程简单、能耗低。铜网、不锈钢网、钛网、玻璃纤维滤膜、聚偏氟乙烯膜、聚砜膜等水下超疏油性油水分离材料都是成功的案例。然而，这些材料不可生物降解，其后置处理成为一个巨大的问题，如直接丢弃和焚烧，不可避免地会造成二次污染。

另一方面，随着人口的增长，染料的需求增大。而染料的制备和使用过程将产生大量的染料废水。有机染料的结构复杂且不可生物降解，其处理难度大，对生态环境和人类健康构成巨大威胁。近年来，气凝胶、微球、水凝胶等有机染料吸附材料等被广泛报道，然而这些材料只是将水中的染料转移到了吸附材料中，没有将染料彻底清除，并且其脱吸附处理需要用到大量溶剂，不可避免地产生二次污染。实现有机染料降解具有很大前景。二氧化钛（TiO₂）由于其化学稳定、来源丰富、无毒、成本低，是一种广泛应用的光催化剂，在紫外光下可以有效降解有机染料（亚甲基蓝）。然而紫外灯仪器昂贵，能源消耗较大，另外紫外光辐照对人体会造成损害。通过掺杂，可使TiO₂的带隙变窄从而提高光催化效率，并能在可见光下降解有机染料，成本低、无能耗、绿色健康，并能彻底清除有机染料，不会带来二次污染。其中，N掺杂成本较低且光催化效率高，可重复性好。

纤维素是由植物通过光合作用合成的一种聚合物，是自然界中产量最高的天然高分子材料，被认为是一种取之不竭，用之不尽的可再生资源。纤维素具有可再生、生物可降解、环境友好、无污染等优点，是工业级可持续材料的主要来源。但是至今还没有采用静电纺丝纤维素膜为基体制备既能油水分离又能降解有机染料的多功能应用的可生物降解油水分离膜的报道。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种简便、高效、环保的多功能应用的可生物降解油水分离膜的制备方法，实现“一材多用”，既能实现油水分离又能在可见光下降解有机染料，有望推动多功能水处理材料的发展，为水处理材料提供新的方向，不仅解决当前严重的水污染问题（油和有机染料是水污染的主要污染物），也解决了油水分离材料的后置处理问题以及有机染料吸附材料的二次污染问题。

为了实现上述的技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能应用的可生物降解性油水分离膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制聚合物基体溶液

首先将聚合物基体活化，本发明采用溶剂交换的方法进行活化，高温活化会造成纤维降解，而溶剂交换的方法几乎不会造成纤维素的降解，所述活化是将聚合物基体依次浸泡在水、甲醇、二甲基乙酰胺中1-2小时，聚合物基体在一种溶剂中浸泡后需对聚合物基体进行抽滤去除该溶剂，然后再将聚合物基体浸泡到另外一种溶剂中，溶剂交换的作用在于弱化纤维素链间强烈的氢键相互作用得到疏松的构象，最后将聚合物基体溶解在溶剂体系中，得到1~2 wt% 聚合物基体溶液；

当所述聚合物基体为纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素时，所述溶剂体系为DMAc/LiCl溶液，所述DMAc与LiCl的比例为92-93g∶7-8g；

当所述聚合物基体为聚乙烯醇时，所述溶剂体系为体积比为7/3的异丙醇/水溶液；

当所述聚合物基体为醋酸纤维素时，所述溶剂体系为体积比为1/1的醋酸/丙酮溶液；

（2）静电纺丝制备纳米纤维膜