一種耐磨損超疏水棉布的制備及其在油水分離中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超疏水棉布的制備，尤其涉及一種用于石油泄漏、含油工業(yè)廢水等水體的修復(fù)的耐磨損超疏水棉布的制備；本發(fā)明同時(shí)還涉及該耐磨損超疏水棉布在連續(xù)高效實(shí)現(xiàn)油水分離中的應(yīng)用，屬于特殊浸潤(rùn)性界面技術(shù)領(lǐng)域和油水分離技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]油水分離在石油化工等領(lǐng)域具有重要影響，利用表面特殊浸潤(rùn)性進(jìn)行油水分離是當(dāng)前材料科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。一般油和水之間的表面張力相差很大，選擇對(duì)水和油浸潤(rùn)性不同的材料可以選擇性對(duì)其中一相浸潤(rùn)，對(duì)另一相排斥，從而達(dá)到選擇性分離的結(jié)果O
[0003]近年來(lái)，對(duì)于用來(lái)油水分離的超疏水超親油材料已經(jīng)被廣泛研究，將油水混合物通過(guò)這種材料，利用其本身的特性使得水被排斥在一端而油可以通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。但是在實(shí)際應(yīng)用中，目前仍存才很多急需解決的難題:由于大部分油密度比水輕，分離過(guò)程中積累的水會(huì)阻礙分離，降低了油水分離效率甚至無(wú)法進(jìn)行分離；分離前需要收集油水混合物再進(jìn)行分離，收集油后再排出廢水，浪費(fèi)能源并且難以連續(xù)進(jìn)行。所以，研究可連續(xù)高效的油水分離技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用上具有非常重要的價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有油水分離技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種用于石油泄漏、含油工業(yè)廢水等水體的修復(fù)的耐磨損超疏水棉布的制備；
本發(fā)明的另一目的是是提供一種利用該超疏水布實(shí)現(xiàn)連續(xù)油水分離的方法。
[0005]—、耐磨損超疏水棉布袋的制備
本發(fā)明耐磨損超疏水棉布的制備，是以商用棉布為基底，以硅酸乙酯為前驅(qū)體，氨水為催化劑，硅烷偶聯(lián)劑為修飾劑，乙醇為介質(zhì)，通過(guò)超聲反應(yīng)、洗滌、干燥而得。具體制備工藝為:將正硅酸乙酯、硅烷偶聯(lián)劑及催化劑氨水添加到無(wú)水乙醇中，攪拌均勻后，將經(jīng)堿處理的棉布浸入其中進(jìn)行超聲反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后用無(wú)水乙醇清洗，干燥，得到超疏水棉布。
[0006]所述棉布的堿處理，是將商用棉布在濃度為2~4M氫氧化鈉水溶液中浸泡30~40min，然后用去離子水清洗至中性，干燥，備用。
[0007]所述硅烷偶聯(lián)劑為十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS );正硅酸乙酯(TEOS )、十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS )、氨水、無(wú)水乙醇的體積比約為1: 1: 1:40~1:1:1:20。
[0008]所述超聲反應(yīng)是在頻率為40~60kHz，功率為500~600w的超聲波條件下反應(yīng)60?80mino
[0009]所述的干燥是在100~120°C下熱處理l~2h。
[0010]二、超疏水棉布的結(jié)構(gòu)及性能表征
下面通過(guò)紅外光譜、掃描電鏡分析、接觸角和滾動(dòng)角等對(duì)本發(fā)明制備的超疏水棉布進(jìn)行化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)以及浸潤(rùn)性能、耐磨損性能進(jìn)行表征。
[0011]1、紅外光譜分析
圖1為本二氧化硅及本發(fā)明制備的超疏水棉布表面的。從圖1可以看出，對(duì)應(yīng)于甲基(約2954 cm-ι)和亞甲基(約2854 cm_l和2930 cm_l)的吸收峰有明顯的變化。說(shuō)明二氧化硅表面成功地接枝了十八烷基三甲氧基硅烷分子，并在棉布表面形成疏水二氧化硅顆粒。
[0012]2、掃描電鏡分析
圖2為本發(fā)明所制備超疏水棉布的掃描電鏡圖。(a)未經(jīng)過(guò)反應(yīng)的棉布纖維SM圖；(b)超疏水棉布低倍率的SEM圖；(c)超疏水棉布高倍率的SEM圖。從圖(a)中可以看出，未反應(yīng)棉布纖維表面光滑，無(wú)粗糙結(jié)構(gòu)。從(b)中可以看出，反應(yīng)后的棉纖維表面是不光滑的，有大量的二氧化硅顆粒緊密堆積在一起，并且大量分布在纖維表面。從(c )中可以看出，堆積在棉布表面的二氧化娃顆粒粒徑在50~150nm之間。
[0013]3、接觸角的光學(xué)照片
圖3為本發(fā)明所制備超疏水棉布對(duì)油滴的接觸角(a)以及對(duì)水滴(b)及對(duì)10%wt氯化鈉液滴(C)的接觸角的光學(xué)照片。由(a)可以知道，超疏水棉布表面對(duì)油滴的接觸角小于5° ;由化)可以得到，超疏水棉布表面對(duì)水滴的接觸角高達(dá)達(dá)158±1°，因而表現(xiàn)出極強(qiáng)的疏水性；由(c)可以得到，超疏水棉布表面對(duì)10%wt氯化鈉液滴的接觸角也高達(dá)154±1°，說(shuō)明超疏水棉布具有很好的耐鹽溶液性能。
[0014]4、機(jī)械性能測(cè)試
將制備的超疏水棉布平鋪在800目砂紙上，再將10g的砝碼固定在超疏水布上，拉動(dòng)超疏水布在砂紙上來(lái)回滑動(dòng)，每次距離約為20~30cm，反復(fù)進(jìn)行600次，每隔100次測(cè)試其接觸角比較變化，最后對(duì)其進(jìn)行掃面電鏡測(cè)試。
[0015]圖4為摩擦測(cè)試中水滴對(duì)表面的接觸角度數(shù)。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)摩擦后該表面對(duì)水滴的接觸角有所減小，但是經(jīng)過(guò)600次摩擦后接觸角仍大于150°，沒(méi)有喪失超疏水性能，并表現(xiàn)出了較強(qiáng)的耐摩擦性能。
[0016]圖5為超疏水布摩擦測(cè)試600次后的掃描電鏡圖。(a)是低倍率的SEM圖，(b)是高倍率的SEM圖。從(a)中可以看出經(jīng)過(guò)摩擦之后棉纖維有輕微破損?，從(b)中可以看出二氧化娃顆粒有所減少，但殘存的顆粒仍覆蓋在纖維表面，構(gòu)成疏水粗糙結(jié)構(gòu)，說(shuō)明超疏水棉布具有很好的耐磨損性能。
[0017]5、油水分離性能
將超疏水布裁剪縫制成一端開(kāi)口的布袋，填充商用聚氨酯海綿或脫脂棉，連接真空栗并密封開(kāi)口后，置于油水混合物中，真空栗提供負(fù)壓進(jìn)行油水分離，并測(cè)試油水分離性能。油水分離性能測(cè)試以填充聚氨酯海綿為例，以水和煤油的混合物為試驗(yàn)樣品。為了便于觀察，水用亞甲基藍(lán)染色，油用油紅O染色。
[0018]結(jié)果發(fā)現(xiàn)，短短幾秒鐘時(shí)間，水中的油完全被布袋吸附完全。通過(guò)對(duì)分離前后的混合物體積計(jì)算，分離前后體積差值即為分離出的油的體積，分離效率的計(jì)算可按照分離出的油的體積與分離前油的體積的比值來(lái)計(jì)算，經(jīng)過(guò)測(cè)試，本發(fā)明的布袋對(duì)油水混合物的分離效率可達(dá)到99%以上。分離后水的體積也無(wú)明顯減少，因而表現(xiàn)出很高的分離效率。
[0019]圖6為聚氨酯海綿、超疏水布、超疏水布袋對(duì)不同油或有機(jī)溶劑(煤油、正己烷、正庚烷、三氯甲烷、四氯乙烷、甲苯、石油醚)的飽和吸附量。通過(guò)測(cè)試可以得到，布袋原本的吸附效率很低