[发明专利]一种自驱动油水分离复合Janus膜材料及制备方法与应用

说明书

本发明属于化工分离、环境保护技术领域，具体公开了一种自驱动油水分离复合Janus膜材料及制备方法。本发明采用简便的化学氧化和多巴胺表面负载改性两步法制备具有三维结构的超亲水铜网，其表面所具有的高亲水性纳米针状氢氧化铜结构，能够贯穿或部分贯穿超水性纳米纤维层，形成水快速渗透通道。进而通过改变电纺丝制备时间调控超疏水纳米纤维层厚度，优化所制备膜材料在无重力等外部驱动力的条件下实现高效定向水渗透和油层下集水功能。

技术领域

本发明属于化工分离、环境保护技术领域，特别涉及一种自驱动油水分离复合Janus膜材料及制备方法。

背景技术

受自然界中动植物(如仙人掌、荷叶、蜘蛛丝和沙漠甲虫等)润湿性现象的启发，许多具有液体自发运输能力的Janus膜得以问世，并应用于低成本且高效的油水分离。目前被报道的Janus膜制备方法主要有表面接枝、浸涂、喷涂和原子层沉积等。与上述Janus膜制备方法相比，静电纺丝技术有着易于批量生产、润湿性可控、可掺杂其他活性材料等优点。将亲水聚乙烯醇(PVA)电纺在疏水聚氨酯(PU)膜上，水滴可以从PU侧单向渗透至PVA侧。将疏水聚偏氟乙烯(PVDF)电纺在亲水铜网一侧所制备的Janus膜能在油下收集水滴。然而，上述Janus膜仅涉及水滴的单向渗透而没能呈现出自驱动油水分离性能，不利于其在油水分离领域的广泛应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种自驱动油水分离复合Janus膜材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的自驱动油水分离复合Janus膜材料。

本发明再一目的在于提供上述自驱动油水分离复合Janus膜材料在油水分离领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种自驱动油水分离复合Janus膜材料方法，包括以下步骤：

(1)超亲水三维铜网制备：

将强碱和过硫酸铵((NH₄)₂S₂O₈)溶解在水中，并把铜网浸入该混合溶液，在表面制备得到氢氧化铜(Cu(OH)₂)纳米刺；然后将铜网浸入多巴胺(PDA)溶液中，使表面附着多巴胺，得到PDA涂覆Cu@Cu(OH)₂网；

(2)超疏水电纺丝纳米纤维层制备溶液：

将聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)溶于二甲基甲酰胺(DMF)，得到PVDF-HFP铸膜液；将疏水二氧化硅(SiO₂)纳米颗粒分散于丙酮中得到SiO₂乳液；将PVDF-HFP铸膜液与SiO₂乳液混合得到静电纺丝制备液；

(3)自驱动油水分离复合Janus膜材料制备：

将PDA涂覆的Cu@Cu(OH)₂网固定在静电纺丝仪滚筒上，在网表面进行静电纺丝，形成PVDF-HFP/SiO₂纳米纤维层，得到自驱动油水分离复合Janus膜材料。

步骤(1)混合溶液中所述强碱的摩尔浓度为2～4mol/L，优选为2.5mol/L；所述(NH₄)₂S₂O₈的摩尔浓度为0.1～0.15mol/L，优选为0.13mol/L。

步骤(1)所述铜网在使用前，为了去除铜网表面的杂质，将铜网分别用乙醇、水和盐酸水溶液超声清洗。

步骤(1)所述铜网在混合溶液中的浸入时间为5～15min，优选为6min。