[发明专利]一种应用于油水分离的三通道不锈钢中空纤维膜结构控制方法

说明书

本发明公开了一种应用于油水分离的三通道不锈钢中空纤维膜结构控制方法，所述结构控制方法包括三通道不锈钢中空纤维膜烧结和内壁含TiO₂三通道不锈钢中空纤维膜烧结。本发明具有如下优点：内表面亲水性好、水下疏油性高和机械强度大；在实际应用过程中膜不易被破坏，具有优异的油水分离性能、长期运行的抗污染能力和循环性能。因此，在油水分离的实际应用中具有很大的应用价值。

技术领域

本发明涉及三通道不锈钢中空纤维膜，具体涉及一种应用于油水分离的三通道不锈钢中空纤维膜结构控制方法。

背景技术

随着石油污染加剧，油水分离技术变得越来越重要，有效处理含油废水的功能材料备受关注。因此，各种新型材料和油/水分离方法已经深入研究。目前，到目前为止，油水分离材料可以通过分离方法分为过滤材料和吸收材料。应用于油水分离的过滤材料包括：丝网，织物，膜等材料。由于其较大的孔径，网孔和织物通常用于分离游离油/水混合物。虽然有一些网状物也可用于乳化油/水混合物的分离,膜材料更适合用于分离高乳化油/水混合物，特别是表面活性剂稳定的乳液，因为它的孔径较小。目前，大多数油/水分离膜使用聚合物膜和陶瓷膜。对于聚合物膜，尽管由于其高通量和分离效率而得到了广泛研究。由于化学稳定性差和防污能力，它仍然受限于实际应用。而对于陶瓷膜，机械强度弱和循环性能差仍然对其较大的问题。因此，用于油/水分离的不锈钢膜显示出巨大的潜力，因为不锈钢的机械稳定性和防污能力分别远高于陶瓷和聚合物的机械稳定性和防污能力。

为了提高油/水分离性能，目前研究的大部分集中在膜的亲水和疏油改性上。到目前为止，表面化学修饰、几何形态控制和混合掺杂已被普遍用于改善上述两个特征。由于纳米TiO₂颗粒固有的亲水性和表面粗糙度，引起了人们的极大关注。Shi等(J.Membr.Sci.506(2016)60-70)通过直接结合TiO₂纳米粒子在聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上制备高水分渗透通量膜，制备的油/水分离膜也显示出优异的循环和防污性能。Zhang等(Appl.Surf.Sci.458(2018)157-165)采用磁控溅射和水热氧化法制备了一种超亲水和水下超疏油TiO₂/Al₂O₃复合膜。有效地提高了油/水分离效率，并且显着降低了表面污染程度。Chang等(J.Membr.Sci.456(2014)128-133)通过原位沉淀法用纳米TiO₂涂层改性商品陶瓷膜，该膜对稳定的水包油乳液具有良好的排斥性。毫无疑问，纳米TiO₂颗粒在油/水分离方面显示出巨大的潜力。此外，TiO₂的其他特性，如热稳定性、化学稳定性和与金属基材的良好粘合性，也可以充分发挥不锈钢膜的优势。

目前，大多数商用膜都是平板膜和单通道中空纤维膜。与这两种膜相比，三通道中空纤维(TCHF) 膜不仅比平板膜具有更高的填充密度、表面积与体积比，而且比单通道中空纤维膜具有更高的管腔表面积和膜强度。因此，TCHF膜因其潜在的新特性而备受关注。Lu等(J.Membr.Sci.514(2016) 165-175)开发了PVDF三通道中空纤维膜，其机械强度比单通道膜更好。在Teflon AF2400涂层后，膜材料表现出更好的稳定性，在60℃下对海水淡化应用的截留率为99.99％。通过相转化方法，Lee 等(J.Membr.Sci.489(2015)64-72)制备了氧化铝三通道中空纤维膜，与单通道中空纤维膜相比，其具有更高的断裂载荷和水渗透通量。然而到目前为止，还没有研究系统地分析超亲水三通道不锈钢中空纤维(TCSSHF)膜的制造。

发明内容

本发明提出了一种应用于油水分离的三通道不锈钢中空纤维膜结构控制方法，通过在三通道不锈钢中空纤维膜内壁涂覆TiO₂纳米颗粒和聚乙烯醇涂层，有效提高了三通道不锈钢中空纤维膜的亲水性和机械性能，对多种油水体系具有优良的分离性能，在油水体系的分离过程中具有实际应用价值。