[发明专利]耐刮擦超疏水亲油纤维素油水吸附/分离膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐刮擦超疏水亲油纤维素油水吸附/分离膜及其制备方法，该膜是由纤维素膜及在膜表面经硬脂酸乙醇溶液处理后的原位生长的金属氧化物构成，其在空气中与水的接触角大于150°，滚动角小于10°，在空气中与油的接触角为0°；经刀片十次刮擦后其与水的接触角仍大于150°，滚动角仍小于10°。该膜具有高耐刮擦性、超疏水性和亲油性，制备工艺简单，能耗低，耗时短，不需要复杂设备或惰性氛围，且所用材料和试剂少，毒副作用小，反应处理过程不会产生有机氟、有机磷、有机硅等污染物质，环境污染小，可大规模生产制备。

技术领域

本发明属于疏水亲油膜材料及其制备技术领域，尤其涉及一种耐刮擦超疏水亲油纤维素油水吸附/分离膜及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高，对化工用品的需求也越来越大，这虽促进了化工行业的快速发展，但同时化工原料泄露造成的环境污染问题也日益突出，尤其是卤代烃等多种密度比水大的有机溶剂(重油)进入江河之后处于水体下层，难以通过自然挥发的方式除去而造成严重的水体污染。目前，含重油废水处理方式主要通过超疏水亲油材料作为吸附剂或者分离材料实现油水分离。

超疏水材料是一种具有微纳米结构并同时呈低表面能(疏水改性试剂)的材料。目前这类材料往往采用长链含氟硅氧烷作为疏水改性试剂并结合多巴胺将其稳定粘附在基材表面构成。其所采用的含氟硅氧烷和多巴胺不仅价格昂贵且前者毒副作用较大易造成环境污染，同时利用硅氧烷及多巴胺等试剂来制备超疏水表面的工艺复杂步骤繁多且基材多为金属筛网等不可再生原料。此外，这些超疏水材料由于在进行油水分离时往往会进行一定的机械搅拌或者对其表面进行污层刮除处理，而其在机械刮擦如刀片刮擦之后会失去超疏水性，重复使用性差，而刮擦下的含氟硅氧烷改性层会脱落进入水体，对水体造成二次污染；同时不可再生的金属筛网限制了其基材来源增加了成本，且在遭遇机械刮擦之后金属筛网会很快锈蚀，其锈蚀后的部分进入水体后也会对水体造成二次污染。因此亟待找到或者制备一种经济成本低可再生绿色环保的且耐机械刮擦的超疏水重油吸附/分离材料。

纤维素是一种廉价的可再生的且是自然界含量最丰富的天然高分子，但由于其本身具有多羟基结构而呈现的亲水性使之不能直接用于水下吸油或者进行油水分离。于是，科技工作者开始对纤维素进行各种各样的超疏水改性的研究，已报道的超疏水改性方法主要是基于含氟硅氧烷的溶胶凝胶法、浸渍法和水解法等(J.；Gorjanc,M.；B.；Orel,B.；Jerman,I.；M.；Vesel,A.；B.The surfacemodification of cellulose fibres to create super-hydrophobic,oleophobic andself-cleaning properties.Cellulose 2013,20,277-289.)，这些方法虽然可以制备得到具有超疏水纤维素成品，但这些方法不仅会破坏基材原有微观结构，且改性周期长、效率低并存在大量的改性剂浪费等问题，同时这些方法制备得到的超疏水纤维素成品具有疏油性不能作为水下重油吸附或油水分离材料。

也有报道利用具有玫瑰花瓣状的ZnO修饰纤维素基斑竹再用含氟硅氧烷修饰制备超疏水材料(Jin,C.；Li,J.；Han,S.；Wang,J.；Sun,Q.A durable,superhydrophobic,superoleophobic and corrosion-resistant coating with rose-like ZnOnanoflowers on a bamboo surface.Appl.Surf.Sci.2014,320,322-327.)。虽然该方法制备得到斑竹表面具有优异的超疏水性，但其在合成氧化锌过程中会使用对人体毒害作用较大的六亚甲基四胺的同时，还需要额外添加表面活性剂且其制备过程复杂步骤繁多；此外制备的超疏水斑竹还具有超疏油性，其是不能作为水下重油吸附或者油水分离材料使用。