[发明专利]一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法：(1)合成无孔的第一种水凝胶，并将其浸泡于第二种水凝胶的合成溶液当中溶胀平衡；(2)将含有第二种水凝胶的合成溶液的第一种水凝胶进行冰冻，并引发第二种水凝胶的聚合；(3)聚合完全后，融化冰晶，得到自支撑的油水分离水凝胶多孔膜。本发明制备的水凝胶多孔膜具有良好的力学性能，且孔径、孔隙率连续可调，可应用于不同的油水混合液。

技术领域

本发明涉及水凝胶多孔膜的制造领域，具体涉及一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法。

背景技术

随着经济活动的增加，工业生产、石油炼化和日常生活等都会产生大量的含油废水，如若直接排放，则将严重污染环境，威胁人类健康。其中，将油水进行分离，再循环利用的方法是解决上述问题的有效途径。

目前常用的油水分离方法主要有离心分离法、电解法和膜过滤法等。相较于高能耗的离心分离法和电解法，膜过滤法采用多孔膜作为分离组件对油水混合液进行分离，具有选择性好、易操作、可循环使用等优点，已经成为目前油水分离的主要选择。常见的多孔膜材料有机膜和陶瓷膜两种。有机膜制造成本低，通常都是亲油性膜，随着分离过程的进行，油滴会在膜表面堆积形成滤饼层，以及在膜孔中聚集堵塞膜孔，最终导致严重的膜污染。陶瓷膜具有耐高温高压和化学性质稳定的优势，但同样面临严重的膜污染问题。

为解决上述油性物质对膜材料的污染，现今普遍采用将膜材料进行亲水改性，通过在膜的孔壁上吸附一层水凝胶材料，来实现对油性物质的低粘附。然而，在现实的油水分离过程中，水分子会与水凝胶中的亲水基团形成氢键，最终降低水凝胶与多孔膜基材之间的粘附性，导致水凝胶涂层稳定性差、易脱落，从而使膜丧失油水分离能力。与此同时，由于吸附了水凝胶层，原先膜材料的多孔结构将受到影响，甚至被堵塞，导致了无法适应不同油水混合液对膜材料孔结构的要求。

通过分析我们发现，如果直接使用水凝胶多孔膜就能够解决界面粘附问题，并且通过对水凝胶致孔工艺的调整可实现对不同种类油水混合液的分离。然而，多孔水凝胶自身较差的力学性能是限制其直接应用于油水分离中的关键。正是由于单独使用时，水凝胶多孔膜容易塌缩、无法自支撑，目前才采用以其他多孔膜作为基材来负载水凝胶，从而实现油水分离的过程。因此，如果能够对多孔水凝胶进行增强，同时引入孔结构调控的机制，就能够实现一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备。

近年来，针对无孔水凝胶的增强形成了一系列方法。其中，具有双重网络结构的水凝胶，通过耗散能量网络与支撑网络的相互耦合能够实现良好的力学性能。其拉伸强度和压缩强度均可高达兆帕级，充分满足油水分离时对材料力学性能的要求。因此，我们设想可以通过构筑双重网络结构来使多孔水凝胶具有自支撑能力。

发明内容

本发明提供了一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，所制备的水凝胶多孔膜具有良好的力学性能，且孔径、孔隙率连续可调，可应用于不同的油水混合液。

一种自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)合成无孔的第一种水凝胶，并将其浸泡于第二种水凝胶的合成溶液当中溶胀平衡；

(2)将含有第二种水凝胶的合成溶液的第一种水凝胶进行冰冻，并引发第二种水凝胶的聚合；

(3)聚合完全后，融化冰晶，得到自支撑的油水分离水凝胶多孔膜。

本发明提供的自支撑的油水分离水凝胶多孔膜的制备方法，主要原理如下：