CN105727596B - 一种聚苯胺修饰的多孔材料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯胺修饰的多孔材料，该多孔材料通过以下方法制备得到：以0.1M的苯胺‑硫酸溶液作为电解质，不锈钢网作为工作电极，铂片电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在25‑35℃恒温条件下采用循环伏安法将聚苯胺包覆生长在不锈钢网的表面，然后将不锈钢网取出并用pH为10的氨水溶液清洗，干燥；循环伏安法分两步：第一步采用‑0.2V‑1.0V过电势循环4‑6次，直至循环伏安曲线上出现小电流峰；第二步采用‑0.2V‑0.9V电势循环10‑25次。本发明还公开了该多孔材料在高表面活性剂水包油乳液和油包水乳液两相分离中的应用。本发明所述聚苯胺修饰的多孔材料具有优异的抗污能力和循环使用性能，稳定性好。

Description

一种聚苯胺修饰的多孔材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种聚苯胺修饰的多孔材料及其应用，属于表面改性技术领域。该材料可用于水包油乳液以及油包水乳液的两相分离。
背景技术
随着工业发展以及城市化进程的加快，工业污水及生活废水的排放加剧，从而给河流造成了巨大的污染；此外，海洋活动的日益增多如：海洋石油的开采和泄漏事故、船舶的废气及废水排放等也造成了海洋污染，而含油废水是其中主要的污染源。鉴于全球饮用水水资源紧缺和海洋环境生态破坏严重，实现含油废水尤其是水包油乳液的净化处理进而实现净化污水的再利用具有十分重要的意义。
同时，现代工业的高速发展，离不开工业的血液-石油的巨大的推力。石油的开采、运输、存储、使用的各个环节都需要精心细化。而当开采的原油含水会对原油生产、原油外输和炼厂加工都会带来较大的危害。原油含水会增大了油井采出液的体积，降低了设备和管道的有效利用率；原油含水会增大了管路输送中的动力消耗和升温过程中的燃料消耗；此外，原油含水会引起金属管道和炼油设备的结垢与腐蚀，造成原油的运输提炼的安全隐患。同时，使用的汽柴油和润滑油一旦含有水分，会对发动机造成腐蚀进一步导致机件磨损加剧。基于此，含水原油的提纯是一个十分重要的课题，也符合当下人们环保节能的理念。
要实现含油废水的净化处理和含水原油的提纯，就是将油水两相混合物中的油与水通过外力分离开来。传统的油水分离方法包括重力法、离心法、蒸馏法、化学法等等。但这些方法不仅需要耗能而且费时费力，操作复杂，往往还受困于大规模的分离。膜分离方法由于其简单易行，价格低廉，无污染等优势得到了广泛的关注。微滤膜、纳滤膜和超滤膜在油水分离尤其是乳液分离中开始逐渐为大家应用，但是这些膜存在流速低，容易被污染，从而导致其使用寿命短的缺陷。
近些年来，具有特殊润湿性的薄膜材料在实现油水两相混合物高效分离的同时不会造成薄膜的污染且保持较高的流速逐渐成为一个研究热点。而当前具有特殊润湿性的薄膜只能单纯的实现含油废水的净化或者含水原油的提纯，而在同一个薄膜上两者同时的实现还鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚苯胺修饰的多孔材料及其应用。本发明采用电化学聚合聚苯胺（PANI）的方法在多孔材料-不锈钢网（SSM）表面包覆一层聚苯胺纳米纤维材料，其中通过调节电化学聚合参数，实现聚苯胺包覆厚度可调以及不锈钢网的孔径可控，最后利用氨水处理得到超亲水-水下超疏油同时超亲油-油下超疏水的薄膜材料。
一种聚苯胺修饰的多孔材料，其特征在于该多孔材料通过以下步骤制备得到：
1）用1M的硫酸溶液配制0.1M的苯胺-硫酸溶液；
2）将不锈钢网依次用乙醇、丙酮、蒸馏水浸泡超声清洗，干燥备用；
3）0.1M的苯胺-硫酸溶液作为电解质，不锈钢网作为工作电极，铂片电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在25-35℃恒温条件下采用循环伏安法将聚苯胺包覆生长在不锈钢网的表面，然后将不锈钢网取出并用pH为10的氨水溶液清洗，干燥；
所述循环伏安法分两步：第一步采用-0.2V-1.0V过电势循环4-6次，直至循环伏安曲线上出现小电流峰；第二步采用-0.2V-0.9V电势循环10-25次。
所述不锈钢网的目数为1000目-3000目。
上述聚苯胺修饰的多孔材料用于高表面活性剂水包油乳液和油包水乳液的两相分离。
所述聚苯胺修饰的多孔材料用于高表面活性剂Tween80的水包油乳液的分离。
所述聚苯胺修饰的多孔材料用于高表面活性剂Span80的油包水乳液的分离。
循环伏安法中第一步采用-0.2V-1.0V过电势循环4-6次，直至循环伏安曲线上出现小电流峰，表明表面有聚苯胺生成；循环伏安法中第二步采用-0.2V-0.9V电势，循环的次数为10-25次，采用低电压可以使电流峰值缓慢增高，进而有效的抑制聚苯胺在不锈钢网表面的超快速生长，使得表面聚苯胺包覆的均一致密(注：以下所说循环次数都是指第二步循环次数)。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明工艺简单，原料易得，成本低。
2、本发明通过调节电化学聚合参数，实现聚苯胺包覆厚度可调以及不锈钢网的孔径可控。
3、本发明所述聚苯胺修饰的多孔材料具有特殊的润湿性，同时兼具水下超疏油和油中超疏水。
4、本发明所述聚苯胺修饰的多孔材料可以同时实现水包油乳液和油包水乳液的高效快速分离。
5、本发明所述聚苯胺修饰的多孔材料具有优异的抗污能力和循环使用性能，稳定性好。
附图说明
图1为本发明实施例1中采用不同的循环伏安次数的PANI包覆的2300目不锈钢网的扫描电镜（SEM）照片，其中a是原始不锈钢网的电镜照片，b、c和d分别是循环5、10、18次的聚苯胺修饰后的不锈钢网的照片。
图2为本发明实施例1不同循环次数0次、5次和10次聚苯胺包覆不锈钢网的润湿性的改变。图a是在水下不同油滴的接触角；图b是在不同有机溶剂中水的接触角。其中N：十六烷；P:石油醚；H：正己烷；C：三氯甲烷；D：二氯乙烷。
图3为循环18次的聚苯胺包覆不锈钢网的接触角和滚动角。图a是18次聚苯胺包覆不锈钢网在水中不同油滴的接触角和在不同有机溶剂中水滴的接触角；图b是循环10次和18次在正己烷中水滴的滚动角和在水中二氯乙烷的滚动角。其中N：十六烷；P:石油醚；H：正己烷；C：三氯甲烷；D：二氯乙烷。
图4为本发明实施例1中利用循环10次和18次的聚苯胺包覆不锈钢网对三种水包油乳液和三种油包水乳液的分离速度和效率检测。图a是利用10次循环的聚苯胺包覆不锈钢网在重力下和18次循环的聚苯胺包覆不锈钢网在0.1bar下抽滤分离三种水包油乳液；图b是10次循环的聚苯胺包覆不锈钢网在重力下和18次循环的聚苯胺包覆不锈钢网在0.1bar下抽滤分离三种油包水乳液；图c是检测图a中分离后的水中有机物的含量COD值；图d是检测图b分离后的有机溶剂中水分的含量。其中N：十六烷；P:石油醚；H：正己烷；C：三氯甲烷；D：二氯乙烷。
图5为利用18次聚苯胺包覆不锈钢网分离三种水包油和三种油包水乳液的光学照片及其对应的显微镜照片。图a、c、e分别是水包正己烷、水包石油醚、水包十六烷乳液分离前后的光学及显微镜照片；图b、d、f分别是正己烷包水、三氯甲烷包水、二氯乙烷包水乳液分离前后的光学及显微镜照片。
具体实施方式
实施例1
（1）基底的处理：
将2300目不锈钢网用乙醇、丙酮、蒸馏水各超声清洗3次，60℃烘箱干燥待用。
（2）聚苯胺修饰：
量取70mL的0.1M的苯胺-硫酸溶液作为电解质，不锈钢网（2.5cm*3cm）作为工作电极，铂片电极（1cm*1cm）作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极。在恒温水浴锅（30℃）中，采用循环伏安法分别循环5、10、18次，将聚苯胺聚合包覆生长在不锈钢网的表面，最后取出，用pH为10的氨水溶液清洗，干燥。制备得到的薄膜扫描电镜如图1所示。
（3）将循环10次和18次制得的聚苯胺修饰的不锈钢网分别在重力及其0.1bar抽滤压力下分离0.1mg/mL Tween80水包正己烷、石油醚和十六烷三种水包油乳液和2 mg/mLSpan80存在的正己烷、二氯乙烷和三氯甲烷包水三种油包水乳液的分离，其流速及其分离效率分别如图4所示，同时光学照片及其显微镜照片如图5所示说明三种水包油乳液和三种油包水乳液体系都可以得到快速有效的分离。说明我们制备的聚苯胺修饰的不锈钢网具有通用性和智能性。在含油废水的净化和含水原油的提纯处理中具有很好的应用前景。

Claims (4)

1.一种聚苯胺修饰的多孔材料，其特征在于该多孔材料通过以下步骤制备得到：
1）用1M的硫酸溶液配制0.1M的苯胺-硫酸溶液；
2）将1000目-3000目不锈钢网依次用乙醇、丙酮、蒸馏水浸泡超声清洗，干燥备用；
3）0.1M的苯胺-硫酸溶液作为电解质，不锈钢网作为工作电极，铂片电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在25-35℃恒温条件下采用循环伏安法将聚苯胺包覆生长在不锈钢网的表面，然后将不锈钢网取出并用pH为10的氨水溶液清洗，干燥；
所述循环伏安法分两步：第一步采用-0.2V-1.0V过电势循环4-6次，直至循环伏安曲线上出现小电流峰；第二步采用-0.2V-0.9V电势循环10-25次。
2.如权利要求1所述聚苯胺修饰的多孔材料在高表面活性剂水包油乳液和油包水乳液两相分离中的应用。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述聚苯胺修饰的多孔材料用于高表面活性剂Tween80的水包油乳液的分离。
4.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述聚苯胺修饰的多孔材料用于高表面活性剂Span80的油包水乳液的分离。
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