CN103657156A - 一种纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）将纤维素溶于溶剂中得到纤维素溶液；（2）将织物网浸入所述纤维素溶液中，得到混合体系；（3）将该混合体系进行固化，所述混合体系中的纤维素经所述固化得到纤维素凝胶；（4）取出所述织物网，经干燥即得到所述纤维素包覆的复合油水分离网膜。本发明所制备的复合油水分离网成本低廉、制备简单，具备较高的亲水性，水可以无阻力通过，从而实现高速油水分离，对石油醚、正己烷等均具有良好的分离效果，且具有良好的环境稳定性。

Description

一种纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜及其制备方法。 

背景技术

工业生产及日常生活中均会产生大量油污及污水，在环境问题日益严重的今天，对油污以及污水等废液的处理则成为了一个严峻的课题，而油水分离则是废液后处理过程中的关键一步。传统的静置沉降、浸泡吸附等油水分离方法效率低下，因此近年来兴起了以膜材料为基础的过滤型油水分离方法，具备分离彻底、易重复使用等诸多优点，其中尤以具备易清洗、抗油污等诸多优点的亲水疏油型网膜为佳。 

而现有的亲水疏油型油水分离网则具有分离速度慢、成本高、对环境敏感、制备过程复杂等不同的缺点。纤维素是自然界中分布最广的一种天然高分子，具备环境稳定、生物亲和等诸多优点，同时成本低廉。 

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜及其制备方法，本发明的网膜制备过程简单、成本低廉，具备极高的透水能力，可以进行高速对水无阻碍的油水分离，同时具备较高的环境稳定性，可以用于生产生活中的诸多场景。 

本发明所提供的一种纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜的制备方法，包括如下步骤： 

（1）将纤维素溶于溶剂中得到纤维素溶液； 

（2）将织物网浸入所述纤维素溶液中，得到混合体系； 

（3）将该混合体系进行固化，所述混合体系中的纤维素经所述固化得到纤维素凝胶； 

（4）取出所述织物网，经干燥即得到所述纤维素包覆的复合油水分离网膜。 

上述的制备方法中，步骤（1）中，所述溶剂可为碱与脲的混合水溶液； 

所述碱与脲的混合水溶液中，碱的质量百分含量为1%～10%，脲的质量百分含量为1%～8%；具体如NaOH与尿素的混合溶液，其中，NaOH的质量百分含量为8%，尿素的质量百分含量为6%。 

上述的制备方法中，步骤（1）中，所述纤维素溶液中，所述纤维素的质量百分含量可为1%～7%，具体可为4%。 

上述的制备方法中，步骤（2）之前，所述方法还包括用清洗液超声清洗所述纤 维素的步骤； 

所述清洗液可为去离子水、乙醇和丙酮中至少一种。 

上述的制备方法中，步骤（2）中，所述织物网可为纤维编织网或金属冲孔网； 

所述纤维编织网具体可为铜或钢与尼龙等编织得到的金属/非金属纤维编织网； 

所述金属冲孔网具体可为铜、钢、铝等金属制备得到的金属冲孔网； 

所述织物网的孔径可为30～170μm，具体可为60～100μm、60μm或100μm，目数可为100～400目，具体可为100目或300目，厚度可为0.1～1mm，具体可为0.6～1mm、0.6mm或1mm。 

上述的制备方法中，步骤（3）中，所述固化采用的交联剂为环氧氯丙烷，所述环氧氯丙烷的加入量可为所述纤维素溶液体积的1%～5%，如1.7%；所述固化采用下述1）和2）中任一种方式： 

1）冷冻-解冻-静置固化； 

2）加热固化。 

上述的制备方法中，所述加热固化的温度可为40～90℃，时间可为1～5h，如80℃下固化1h。 

上述的制备方法中，步骤（4）中，所述干燥的温度可为40～100℃，如在40℃的条件下进行干燥。 

本发明还进一步提供了由上述方法制备得到的纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜。 

本发明制备的纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜可用于油水分离或含油污水的处理中。 

本发明提供的制备方法，材料简单易得，成本低廉，制备方法简单；本发明制备的复合油水分离网在酸、碱、盐水溶液中具有较高的水下油接触角（大于150°），达到了水下超疏油的要求，可以用于多种油类（如汽油、柴油、正己烷、石油醚）与水溶液混合物的油水分离。且分离过程简单快速，水相可以无阻力通过，油相被网膜隔绝，分离效率高，可以制备成漏勺、排污口滤膜等多种材料。 

附图说明

图1为本发明实施例1制备的纤维素凝胶包覆300目不锈钢网的水下油滴接触角照片；其中，图1（a）表示水相为去离子水，图1（b）表示水相为0.1mol/L盐酸水溶液，图1（c）表示水相为0.1mol/L NaOH水溶液，图1（d）表示水相为0.2mol/L NaCl水溶液。 

图2为本发明实施例1制备的纤维素凝胶包覆300目不锈钢网的油水分离演示实 验照片。 

图3为本发明实施例2制备的纤维素凝胶包覆100目尼龙网的扫描电镜照片。 

图4为本发明实施例2制备的纤维素凝胶包覆100目尼龙网制成漏勺的演示实验照片。 

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。 

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。 

实施例1、碱/脲溶液冷冻/解冻法制备纤维素凝胶包覆300目钢丝网 

（1）将300目钢丝网（孔径为60μm，厚度为1mm）剪裁成合适大小，先后浸入丙酮、去离子水中各超声20分钟，取出备用。 

（2）配置300毫升8%NaOH（w/w）和6%尿素（w/w）的混合水溶液，搅拌10分钟，转速1000转/分钟，加入15克微晶纤维素，继续搅拌10分钟，得到均匀的乳白色液体。 

（3）将步骤（2）所得乳白色液体于-20℃冷冻12小时，室温解冻，搅拌20分钟，得到淡黄色澄清纤维素溶液。 

（4）滴加5毫升环氧氯丙烷（为纤维素溶液的体积的1.7%），继续搅拌1分钟。 

（5）步骤（4）完成后，马上将步骤（1）清洗完成的300目钢丝网浸泡于溶液中，于-20℃冷冻12小时，室温解冻。 

（6）步骤（5）完成后，将钢丝网与溶液混合物静置固化3小时，纤维素溶液固化形成凝胶。 

（7）将钢丝网从纤维素凝胶中剥离，用去离子水洗净，于40℃下烘干，即得到纤维素凝胶包裹的复合油水分离钢丝网。 

本实施例所制备的油水分离网具备较高的亲水性，在水下对1,2-二氯乙烷油滴的接触角照片如图1所示，油滴为1,2-二氯乙烷，图1（a）表示水相为去离子水，接触角为160.4°；图1（b）表示水相为0.1mol/L盐酸水溶液，接触角为161.5°；图1（c）表示水相为0.1mol/LNaOH水溶液，接触角为161.0°；图1（d）表示水相为0.2mol/LNaCl水溶液，接触角为159.8°。可知，本实施例制备的油水分离网的接触角均大于150°，表明所制备网膜在酸碱盐环境中均可以稳定地保持水下超疏油的性质。 

利用本实施例制备的网膜进行油水分离实验，如图2所示。将本实施例制备的纤维素凝胶包覆钢丝网复合网膜剪裁成50厘米见方大小，用聚四氟乙烯夹具固定，上方接进液玻璃管，置于250毫升烧杯上，将正己烷（油红染色）：水=1：1的混合物从进 液管倒入（图2（a）），由于材料的亲水性，水相可以无阻力的快速通过分离网；同时由于网膜的水下超疏油特性，油相（正己烷）被阻隔在分离网的上方，从而成功实现了油水分离（图2（b））。 

实施例2、纤维素凝胶包覆100目尼龙网制作漏勺 

（1）将100目尼龙网（孔径为100μm，厚度为0.6mm）剪裁成合适大小，先后浸入乙醇、丙酮、去离子水中各超声10分钟，取出备用。 

（2）配置300毫升6%NaOH（w/w）和5%尿素（w/w）的混合水溶液，搅拌10分钟，转速1000转/分钟，加入9克微晶纤维素，继续搅拌10分钟，得到均匀的乳白色液体。 

（3）将步骤（2）所得乳白色液体于-20℃冷冻12小时，室温解冻，搅拌20分钟，得到淡黄色澄清纤维素溶液。 

（4）滴加5毫升环氧氯丙烷（为纤维素溶液的体积的1.7%），继续搅拌1分钟。 

（5）步骤（4）完成后，马上将步骤（1）清洗完成的100目尼龙网浸泡于溶液中，80℃加热固化1小时，取出冷却成为凝胶。 

（6）将尼龙网从纤维素凝胶中剥离，用去离子水洗净，于40℃下烘干，即得到纤维素凝胶包裹的复合油水分离尼龙网。 

本实施例制备的复合油水分离尼龙网的扫描电镜照片如图3所示，由图可以看出，100目尼龙网上均匀的包覆了一层纤维素凝胶。 

经接触角实验，本实施例所制备的复合尼龙网在水下具备较高的疏油性，对石油醚、正己烷等油类液滴的接触角均大于150°，满足亲水且水下超疏油油水分离网的要求。 

利用夹子将本实施例制备的网膜做成漏勺（如图4所示），在250毫升烧杯中倒入一定量的去离子水以及2厘米厚的正己烷油层（油红染色），漏勺可以捞起浮在水上的油层（图4（a）），水则可以无阻力的通过漏勺。经过6～8次，水上的油层可以全部转移至另一烧杯中，水则留在原来烧杯中，从而实现油水分离（图4（b））。 

Claims (10)

1.一种纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将纤维素溶于溶剂中得到纤维素溶液；

（2）将织物网浸入所述纤维素溶液中，得到混合体系；

（3）将该混合体系进行固化，所述混合体系中的纤维素经所述固化得到纤维素凝胶；

（4）取出所述织物网，经干燥即得到所述纤维素包覆的复合油水分离网膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述溶剂为碱与脲的混合水溶液；

所述碱与脲的混合水溶液中，碱的质量百分含量为1%～10%，脲的质量百分含量为1%～8%。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述纤维素溶液中，所述纤维素的质量百分含量为1%～7%。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）之前，所述方法还包括用清洗液超声清洗所述纤维素的步骤；

所述清洗液为去离子水、乙醇和丙酮中至少一种。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述织物网为纤维编织网或金属冲孔网；

所述织物网的孔径为30～170μm，目数为100～400目，厚度为0.1～1mm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述固化采用的交联剂为环氧氯丙烷；

所述固化采用下述1）和2）中任一种方式：

1）冷冻-解冻-静置固化；

2）加热固化。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述加热固化的温度为40～90℃，时间为1～5h。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述干燥的温度为40～100℃。

9.权利要求1-8中任一项所述方法制备的纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜。

10.权利要求9所述纤维素凝胶包裹的复合油水分离网膜在油水分离或含油污水处理中的应用。

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