一種無機物涂層油水分離網(wǎng)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油水分離的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不經(jīng)表面改性制備油水分離網(wǎng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超疏水性能是指物體表面對水接觸角大于150°。荷葉出淤泥而不染的自清潔性能、蛾翅膀表面的自清潔性能、水黽的腿在水面上自由行走而不下沉、魚體表面在油污污染的水中保持自身清潔等一系列自然界中的現(xiàn)象引起了許多學者的極大關(guān)注。Barthlott等人證實[W.Barthlott, et al.Planta, 1997, 202:1.]，自然表面的超疏水性是他們的雙尺度結(jié)構(gòu)(微納結(jié)構(gòu))的協(xié)同效應以及相關(guān)材料的低表面自由能組合的結(jié)果。這種特殊潤濕性能相關(guān)的“自清潔”能力制備出的超疏水性涂料在防污[D.ffeibel, et al.J.Phys.Chem.C，2010，114，13219.]、防水、防腐蝕[D.ffeibel, et al.J.Phys.Chem.C，2010，114，13219.]、流體減阻、油水分離[R.M.Jisr, et al.Angew.Chem., Int.Ed., 2005, 44:782.]、生物醫(yī)用[Μ.T.Khorasani, et al.Appl.Polym.Sc1.，2004，91:2042.]等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。石油工業(yè)和冶金工業(yè)的發(fā)展，這兩種工業(yè)所產(chǎn)生的廢水也逐年增加，油水分離作為廢水處理的一種高效方法，有著巨大的工業(yè)應用。
[0003]隨著科技的發(fā)展，科學家對于油水分離膜、油水分離網(wǎng)的制備及生產(chǎn)有了更深刻的認識，然而也有明顯的缺點。如CN103961905A、CN1721030A中雖然具有油水分離的效果，但采用了昂貴的低表面能物質(zhì)對金屬網(wǎng)、織物等進行改性修飾，且工藝復雜，制備要求嚴苛，耗費人力、物力、財力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對當前油水分離網(wǎng)膜制備中存在的問題及使用環(huán)境的限制，提供一種用于油水分離的網(wǎng)及其制備方法，制備過程中采用無機物為原料，無需對網(wǎng)狀材料本身進行改性修飾，利用不同膠黏劑，如:環(huán)氧樹脂(EP)、丁苯橡膠(SEBS)、脲醛樹脂(UF)、聚氨酯(I3U)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚乙烯醇(PVA)等，將超疏水-超親油涂料直接粘結(jié)于尼龍網(wǎng)、不銹鋼鐵網(wǎng)、PVC網(wǎng)、玻璃纖維網(wǎng)、鋁合金絲網(wǎng)、滌綸網(wǎng)等網(wǎng)狀材料之上，用于強酸、強堿、高腐蝕性液體等復雜環(huán)境下進行快速油水分離工作；
[0005]該發(fā)明選用無機物材料，制備具有微觀納米結(jié)構(gòu)凹槽及孔洞的粗糙表面，該表面具有微米尺度與納米尺度的雙尺度復合結(jié)構(gòu)，當水滴與粗糙表面接觸時，凹槽及孔洞中的空氣與多面體共同決定了該網(wǎng)狀材料的浸潤性，由于表面張力的作用液滴無法滲入到粗糙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，而是架在微納結(jié)構(gòu)與空氣之上，呈現(xiàn)超疏水現(xiàn)象，與材料本身具有良好的親油性同時作用，達到了快速、穩(wěn)定的油水分離效果。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種無機物涂層油水分離網(wǎng)的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)微納復合多面體的制備
[0009]將硅溶膠負壓條件(壓力為低于大氣壓0.1MPa,以下步驟及實施案例負壓及真空壓力同)下注入裝有模板的反應器中，浸沒模板2h，然后將反應器密封并放入恒溫箱中，60°C反應12h，去除模板得到固態(tài)塊狀微納復合多面體，待所得塊狀微納復合多面體干燥后，將其充分研磨至粉末，倒入裝有分散液丙酮的反應器中，再在20?50°C下加入低表面能硅烷偶聯(lián)劑改性，反應12h后得到已改性的微納復合多面體懸濁液，通過丙酮的揮發(fā)或再次添加，使懸濁液中固體質(zhì)量濃度百分數(shù)為0.5%?20% ；
[0010]其中物料配比(質(zhì)量比)為微納復合多面體粉末:分散液:硅烷偶聯(lián)劑=1:10-100:0.1-10.0 ；
[0011]所述步驟I)中模板包括聚丙烯酰胺(PAM)納米微球、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)納米微球或聚苯乙烯(PS)納米微球，其中各模板的制備為公知技術(shù)；
[0012]所述的粉末粒徑分布范圍為100nm-5000nm ;
[0013]所述步驟I)中硅溶膠的制備方法，包括以下步驟:將正硅酸乙酯(TEOS)、無水乙醇(EtOH)、去離子水(H2O)、和濃鹽酸(HCl)混合后于60°C下水解反應2h，其物料配比(體積比)為正硅酸乙酯(TEOS):無水乙醇(EtOH):去離子水(H2O):濃鹽酸(HCl) = 1:1_5:0.1-0.5:0.05-0.5 ;其中濃鹽酸的濃度為37% (質(zhì)量分數(shù))；
[0014]所述步驟I)中所用硅烷偶聯(lián)劑為辛基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、三氟丙烷三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷或八甲基環(huán)四硅氧烷；
[0015]2)油水分離網(wǎng)的構(gòu)筑及應用
[0016]將網(wǎng)狀材料超聲清洗后晾干，浸入膠黏劑溶液后取出，于膠黏劑未完全固化時，將步驟I)中懸濁液采用噴涂法涂覆于網(wǎng)上，待分散液揮發(fā)完全且膠黏劑完全固化即構(gòu)成可用于油水分離的網(wǎng)狀材料；
[0017]所述步驟2)中膠黏劑材料為環(huán)氧樹脂(EP)、丁苯橡膠(SEBS)、脲醛樹脂(UF)、聚氨酯(PU)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚乙烯醇(PVA);
[0018]所述步驟2)中網(wǎng)狀材料為常見尼龍網(wǎng)、不銹鋼鐵網(wǎng)、PVC網(wǎng)、玻璃纖維網(wǎng)、鋁合金絲網(wǎng)或滌綸網(wǎng)；
[0019]所述步驟2)中網(wǎng)狀材料孔徑范圍為30-400目；
[0020]所述步驟2)中油性液體包括原油、汽油、柴油、食用油、苯類有機溶劑、烷烴類有機溶劑或酯類有機溶劑；
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:
[0022](I)本發(fā)明降低了油水分離網(wǎng)膜的使用限制，這是因為該涂層可以粘結(jié)在不同的膠黏劑上，如環(huán)氧樹脂(EP)、丁苯橡膠(SEBS)、脲醛樹脂(UF)、聚氨酯(PU)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚乙烯醇(PVA)，可以根據(jù)使用環(huán)境選擇不同的網(wǎng)狀材料，如常見尼龍網(wǎng)、不銹鋼鐵網(wǎng)、PVC網(wǎng)、玻璃纖維網(wǎng)、鋁合金絲網(wǎng)、滌綸網(wǎng)，通過膠黏劑與網(wǎng)狀材料的不同組合，使用范圍大大拓寬；
[0023](2)本發(fā)明不僅可以分離常見的原油、柴油、汽油及不溶于水的油性液體，而且可以分離與水有一定溶解性的酯類有機油性溶劑，如實例三中正硅酸乙酯(TEOS)與水的分離；
[0024](3)本發(fā)明具有快速、穩(wěn)定的油水分離作用，這是因為在粘結(jié)過程中，液態(tài)或半固態(tài)膠黏劑接觸到涂料的納米結(jié)構(gòu)凹槽與孔洞時，納米孔道的通透性使得微納結(jié)構(gòu)多面體部分包埋于膠黏劑中，宏觀上具有出優(yōu)良的粘合效果，如實例一中所采用的油水分離網(wǎng)經(jīng)10次循環(huán)使用仍然具有高效、穩(wěn)定的油水分離能力；
[0025](4)本發(fā)明操作簡單、成本低廉，制備過程中無需光刻、電化學沉積等復雜過程構(gòu)筑超疏水-超親油油水分離網(wǎng)，就工藝條件而言，本作品制備過程中無需昂貴設(shè)備及嚴苛工藝條件，具有良好的工業(yè)發(fā)展前景。
【附圖說明】
[0026]I)圖1為實施例一中油水分離不銹鋼網(wǎng)的SEM照片；
[0027]2)圖2為實施例一中涂覆后的80目不銹鋼網(wǎng)對水的接觸角測試圖，接觸角為155.6° ；
[0028]3)圖3為實施例一中分離前未經(jīng)充分混合的柴油(上層)于水(下層)實物照片;
[0029]4)圖4為實施例一中油水分離尼龍網(wǎng)的分離柴油及水的實物效果(燒杯內(nèi)為柴油)；
[0030]5)圖5為實施例一中油水分離不銹鋼網(wǎng)的分離柴油及水的實物效果(燒杯內(nèi)為柴油)；
[0031]6)圖6為實施例二中油水分離不銹鋼網(wǎng)的分離二氯乙烷及水的實物效果(深色為水)；
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明做進一步描述；
[0033]其中，模板的制備，根據(jù)模板材料的不同，采取以下方法之一:
[0034]方法一:平均粒徑范圍在300nm-1000nm的聚