[发明专利]一种无机相分离膜及其在油水分离中的应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，特别涉及一种在多孔基底上生长分子筛涂层，具有微纳米尺度的超亲水并且水下超疏油的无机相分离膜，该分离膜可广泛用于油水分离，脱除油液中的水分。

背景技术

原油开采、工业生产中的分相过程、含油废水的处理以及频繁发生的海洋石油泄漏事故使油水分离技术得到人们广泛的关注。目前，人们已开发了多种油水分离材料。以往开发的材料多基于材料亲油疏水的性质，可以从水中吸附油脂。但是这类材料很容易被油污污染，难以再生循环使用，这极大地限制了它们的应用。最近，有人开发了一种新颖的油水分离膜材料，它具有与上述材料相反的浸润性，利用其亲水以及水下憎油的特殊浸润性，水可以轻易地通过这种膜材料而同时油被截留下来。然而，已开发的此类油水分离膜因受到自身材料性能的限制，难以在一些恶劣的环境下应用，比如强酸环境、高离子强度环境、微生物污染环境以及高温环境等等。但在实际应用中，油水分离过程往往发生在上述的环境之下。因此，开发一种具有亲水以及水下疏油浸润性，并且可以广泛适应各类水体环境的油水分离膜具有重大的意义。

分子筛膜作为一种新型无机膜具有独特的优点。稳定的晶体结构赋予其良好的化学稳定性和热稳定性，可用于高温、高压等苛刻环境，且具有耐化学溶剂，抗生物侵蚀等优点。

发明内容

本发明的目的在于以经济、简单的方法制备一种无机相分离膜，这种膜材料可在多种恶劣的水体环境下高效、低耗能、快速地分离多种油脂，该膜可以长期使用，易于再生；且制备方法简单、易行、成本低廉、易于扩大化生产，可广泛应用于各种苛刻条件下的油水分离过程。

本发明提供了一种将分子筛生长于多孔基底之上的无机相分离膜，该无机相分离膜具备无机分子筛特有的化学稳定性、热稳定性、特殊的浸润性，同时又结合了多孔基底机械性能优异、多孔结构规则等优点，使其在工业生产、含油废水的处理以及海洋石油泄漏事故处理中具有广泛的应用前景。

本发明所述的无机相分离膜，其由多孔基底与生长在多孔基底上的分子筛涂层构成，所述的多孔基底可以为不锈钢网、铜网、铝网、多孔陶瓷等，多孔基底的孔径尺寸为20～200微米；分子筛涂层的厚度范围为3～50微米，分子筛的骨架类型可以为LTA、SOD、FAU、MEL、CHA、MFI、DDR、AFI、BEA、PHI等，多孔基底与分子筛涂层的质量比为100∶1～5∶1。

本发明涉及的无机相分离膜的制备方法如下：

A、二次生长法

1.将多孔基底浸渍在分散好的质量分数为2～10％的纳米分子筛的水溶液中，超声处理5～30分钟，取出后于40～200℃下烘干2～12小时；重复上述浸渍、超声、烘干步骤2～10次，使纳米分子筛均匀地分散在多孔基底之上；

2.将上述多孔基底垂直固定于水热反应器内并浸渍在步骤1使用的纳米分子筛的合成溶胶中，于40～230℃下水热反应2～120小时进行分子筛的二次生长，然后将基底洗涤、干燥、展平，即得到本发明所述的无机相分离膜。

B、原位生长法

将多孔基底垂直固定于水热反应器内并浸渍在纳米分子筛的合成溶胶中，于40～230℃下水热反应2～120小时，然后将基底洗涤、干燥、展平，即得到本发明所述的无机相分离膜。

C、微波二次生长法

1.将多孔基底浸渍在分散好的质量分数为2～10％的纳米分子筛的水溶液中，超声处理5～30分钟，取出后于40～200℃下烘干2～12小时；重复上述浸渍、超声、烘干步骤2～10次，使纳米分子筛均匀地分散在多孔基底之上；

2.将上述多孔基底垂直固定于水热反应器内并浸渍在步骤1使用的纳米分子筛的合成溶胶中，微波加热控温60～200℃下反应30～300分钟，然后将基底洗涤、干燥、展平，即得到本发明所述的无机相分离膜。

D、微波原位生长法

将多孔基底垂直固定于水热反应器内并浸渍在纳米分子筛的合成溶胶中，微波加热控温60～200℃下反应30～300分钟，然后将基底洗涤、干燥、展平，即得到本发明所述的无机相分离膜。

E、气相转移法

1.将多孔基底垂直固定于水热反应器内并浸渍在纳米分子筛的合成溶胶中2～48小时，取出后于20～100℃下干燥2～72小时；重复上述浸渍、干燥过程2～10次；

2.将上述处理后的多孔基底置于溶剂以及有机胺的蒸汽相中，在80～230℃反应2～72小时，然后将基底洗涤、干燥、展平，即得到本发明所述的无机相分离膜。

油水分离实验：