[发明专利]一种新型超亲水疏油膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种新型超亲水疏油膜的制备方法，用一水N‑甲基吗琳‑N‑氧化物(NMMO·H₂O)为溶剂直接溶解纤维素配制涂层液，将涂层液涂覆到多孔材料表面。利用氧化剂将纤维素的邻位羟基氧化成醛基，利用交联剂对多孔材料表面的纤维素进行化学交联以提高纤维素的稳定性，进而在纤维素膜表面接枝亲水性单体，制备超亲水疏油膜。本发明制备过程简捷环保，油水分离效率高，抗污染能力强，具有良好的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及超亲水疏油膜的技术领域，尤其是涉及一种新型超亲水疏油膜的制备方法。

背景技术

含油污水广泛存在于石油开采、运输、存储、冶炼和精细化工、金属加工、煤化工等领域。每年世界上有500～1000万吨油类通过各种途径流入海洋。由于含油污水的化学耗氧量(COD)高，处理难度大，污染物可降解性差，无论从环境治理、油类回收和水的再利用等方面都对油水分离提出较高的要求。

油水属于不互溶体系，水在油中或油在水中以油滴或水滴的形式存在。油水密度不同，大多数油的密度都小于水，漂浮在油水混合物表面。油滴的上浮速度可采用修正的斯托克斯公式推出

(V＝d²(ρ_w-ρ_o)g/18μ) (1)

V为油滴上浮速度，d为油滴的直径，ρ_w和ρ_o分别为水和油的密度，μ为水的粘度。

油滴在水中或水滴在油中的漂浮速度与粒径的平方呈正比，与物料的粘度呈反比，因此，当水滴或油滴的粒径过小时，很难通过重力进行分离，需引入专门的方法进行油水分离。

以含油污水为例，水中的油分为浮油、分散油、乳化油和溶解油四类。浮油的油滴粒径大于100μm，通常漂浮于含油污水表面；分散油的油滴粒径在10～100μm之间，可通过静置缓慢浮于污水表面；乳化油的油滴粒径在0.1～10μm微米之间，以小油滴的状态稳定的存在于含油污水之中；溶解油的粒径小于0.1μm，有时仅为几纳米，通常以分子状态存在于含油污水中。在油水分离过程中，浮油和分散油可以通过重力分离，离心分离，气浮或化学破乳等方法进行分离，乳化油和溶解油的去除难度较大，处理后污水中油含量通常可以达到40～100ppm，还含有一定量的悬浮粒子，难以满足排放和回注标准，且需要投加药剂，产生额外的油泥需要进行处理。膜分离技术具有分离效率高、操作方便的优势，是高效的油水分离技术。

传统膜分离技术主要以孔径筛分为分离机理，即比分离膜孔径小的物料可透过膜，而大于膜孔径的物料则在膜表面截留，进而完成分离过程。根据筛分原理可知，如需要分离溶解油和乳化油，分离膜的孔径应小于0.1μm，甚至需小于10nm，要求分离膜的孔径很小，孔隙率低，过滤阻力大，需提高操作压力。但操作压力提高，会造成油滴变形而透过分离膜，降低分离膜的油水分离效率。

近年来，随着仿生技术的发展，科研人员对自然界动植物的超疏水和超亲水现象进行广泛而深入的研究。浸润性表面在日常生活和工业生产中已得到广泛应用，如建筑外墙、织物表面的自清洁，眼镜和窗户表面的防雾处理等。从表面化学的角度来说，固液的表面张力接近的时候，可以获得超浸润表面。油类物质的表面张力在20～40mN/m之间，而水的表面张力为72mN/m，二者之间表面张力差距较大，为利用膜材料浸润性差异实现油水分离过程提供了理论基础。目前的商业化膜材料多为疏水性的工程塑料，如聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯和聚丙烯等。这些材料的表面能位于烃类材料附近，具有一定的亲油性，在油水分离过程中容易造成油滴在膜表面和膜孔内部铺展，进而导致膜表面严重污堵，降低分离膜的通量，提高过滤阻力，减少分离膜使用寿命，增加油水分离成本。因此，传统分离膜在油水分离过程中有较大的局限性。