[发明专利]一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法，该方法利用粗的CNF纤维增加MnO₂纳米线之间的孔隙，利用PVDF增加膜的韧性提高机械强度，通过接枝PNIPAM实现膜的温敏可切换润湿性能。本发明得到的温敏型可切换乳液型油水分离膜对于不同粘度的油所制备的乳液都具有较高的分离通量和分离效率，同时膜具有较高的机械强度，较好的循环使用性能。

技术领域

本发明涉及一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用，属于油水分离膜制备应用技术领域。

背景技术

石油的勘探、开采、提炼、储备、运输和使用等过程中，由于技术缺陷、操作失误及意外事故等原因，导致油类泄露，从而产生了大量的含油废水。油类泄露不仅产生了巨大的经济损失，同时带来了许多环境问题。

目前，油水分离的技术主要包括物理法、化学法和生物法。物理法是指通过物理措施吸收油类再将其分离回收的方法，主要包括围油栏、撇渣法、过滤法和吸附等。物理法可以很好的控制溢油造成的污染，回收利用泄漏的油类，不会造成二次污染，通常优先考虑使用，但是该方法不适用于乳化油；化学法可分为燃烧法和化学药剂法。燃烧法是将助燃剂洒在浮油表面将其直接点燃，该方法虽然操作简单、快速、成本低，但是浪费了能源，也会造成二次污染。化学药剂法是利用化学药剂改变油类性质，实现油类的清理、分解或回收，但是成本相对较高。生物法主要是利用微生物对油的生物降解能力，无二次污染，环境友好，但是周期长、见效慢、稳定性差，分解能力相对较低，对海域环境要求高，适合小型油污环境的处理。因此，在油水分离领域迫切需要开发一些新型的分离技术和材料，以达到绿色、高效、低成本和选择性处理各种形式存在的油污。

与传统技术相比，响应型特殊可湿性材料为可控油水分离提供了一种智能、便捷的分离方法，也引起了广大科研工作者的关注。然而，响应型特殊可湿性材料的制备仍然是一个新的领域，包含着许多未知和挑战等着我们去发现和探索。智能型油水分离材料在主要包括pH响应型、热响应型、电响应型等。其中在所有这些刺激响应性材料中，pH响应性材料更便于操作，并且根据水性介质的pH变化通过质子化和去质子化来实现润湿性切换。这类材料工作的原理主要基于羧基、吡啶和叔胺基的酸碱反应。如，Guo等人(ACSAppl.Mater.Interfaces,2020,12(16),19130.)通过沉积银纳米粒子，然后用巯基乙醇溶液对其进行改性，制备了具有超亲水-超疏水-超亲水润湿性转换的智能双转化pH响应海绵。热响应型可湿性分离材料主要是通过调整表面不同温度，实现不同的润湿性。Ou等(Environ.Sci.Technol.,2016,50(2),906.)报道了PNIPAm包覆的聚氨酯微纤维膜，从而形成了可用于油水分离领域的热响应性3D PU材料。当温度低于聚丙烯酰胺的低临界溶液温度(LCST)～32℃时，产物在空气中表现出超疏水性，在水中表现出超疏油性。当海绵停留在高于LCST的45℃时，其在空气中表现出疏水性，在水下表现出超亲油性。两面具有不同润湿行为的膜为Janus膜；Feng等人(J.Mater.Chem.A,2019,7(9),4941-4949.)为了实现可控、稳定、高效的乳液分离，采用简单的浸渍-喷涂方法制备了聚苯胺-二氧化硅纳米粒子修饰的Janus膜。PANI聚合物和SiNPs在基底的两面修饰，就像中国太极中的阴阳，性质相反但互补。聚苯胺涂层表面是超亲水的，具有水下超亲油润湿性，面朝上时可以分离水包油乳液(包括不同离子类型和海水原油乳液)。这种材料能够通过疏水性和亲水性的结合实现可控的油/水分离；上述响应型特殊可湿性材料均存在通量低、分离效率慢的问题，并且有的制备繁琐、成本高。

综上，目前在复杂体系的废水处理中，特别是同时处理不同形式的油水污物，存在以下技术难题：通量低、分离效率慢、制备繁琐、成本高，且加工剩余物对环境会造成二次污染，同时还能处理多种形式的乳液。因此，设计一种通量高、分离效率高、制备简单、成本低的智能可切换膜实现既能分离油包水乳液，又能分离水包油型乳液，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种温敏型可切换乳液型油水分离膜的制备方法与应用。