CN110025985A - 一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备油水分离滤纸用的超亲水疏油处理剂及其使用方法，该处理剂由纳米和微米有机硅填料、活性成膜物质、渗透剂和溶剂组成；所述的纳米和微米有机硅填料为氨基硅烷封端剂和烷氧基硅烷的水解产物；所述的活性成膜物质为环氧树脂、扩链剂、含氟化合物、双酚化合物的反应产物。本发明还公开了该处理剂的使用方法。本发明所述的处理剂使用简单，获得的滤纸具有超亲水疏油特性，可用于油水混合物分离和含油污水处理等领域，具有广泛的应用前景。

Description

一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及油水分离领域，特别涉及一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂及其使用方法。

背景技术

少量的油分散于水形成的水包油乳化废水是废水处理中一个难题，该体系中油滴粒径小于10μm，大部分在0.1～2μm，因此具有高的稳定性，常用的油水分离技术如重力分离、超声波分离、气浮分离、离心分离技术难以实现有效的分离；而吸附法中吸附剂难以重复利用；电化学法能耗高、需要特殊设备且通常需要额外添加化学试剂才能有较高的出来效果；因此开发出新的适用于处理水包油乳化废水的技术具有高的市场价值。

油水分离膜材料有两种实现方法，其中一种是通过构建亲油、疏水特性，即油可通过而水不能通过，如专利CN105964014A、CN107050928A、CN106868948A、CN108411707A都是利用此类方法构建油水分材料；另一种是构建疏油、亲水特性，即水可通过而油不能通过，此类专利非常多，如专利CN201310575190.5以紫铜网为基底，先以溶液浸泡法构筑微纳米针状结构再用聚二甲基二烯丙基氯化铵-全氟辛酸钠/二氧化硅复合物进行表面修饰获得该性能的材料；专利CN201810754081.2公开一种快速制备超亲水/水下超疏油不锈钢网的方法，其方法为将质量分数为98％的浓硫酸与2mol/L三氧化铬溶液按照体积比1:4混合，搅拌均匀，获得混合溶液；将350目不锈钢网分别在无水乙醇、去离子水中超声清洗后烘干，然后将干净的不锈钢网在室温下浸入混合溶液中3min；将浸泡后的不锈钢网烘干即获得超亲水/水下超疏油不锈钢网。滤纸是一种常用的分离材料，常用于分离液体中的微小颗粒，通过改性该材料可以用于油水分离。利用滤纸进行油水分离具有高效率、低能耗、设备简单等优点，因此具有良好的应用前景。经检索，发现与本申请相关的专利文献公开的内容如下：

专利CN201610548449.0提供了一种具有pH响应性的共聚物，将该共聚物与二氧化硅纳米粒子形成一个混合溶液，然后通过浸涂的方式制备了pH响应性二维薄膜材料(棉布，滤纸)和三维海绵材料(聚氨酯海绵)。专利CN201710723713.4公开了一种高强度自支撑的油水分离膜及其制备方法，其包括如下步骤：将单体、粘土和热引发剂溶于水中配制成预聚液；将所得的预聚液倒入装有水系滤膜的过滤器中抽滤，得到浓缩的预聚体；然后在带有预聚体的滤纸上方覆盖柱状阵列模板，放入热压机中，在一定压力和温度的作用下聚合生成带有贯穿阵列孔结构的水凝胶膜。专利CN201811542523.3提供了一种金属离子/***胶凝胶改性复合膜的制备方法及其用途，以氧化石墨烯、***胶以及金属盐为原料，通过溶胶凝胶法，在不锈钢网、铜网、PVDF膜、普通滤纸等基材表面构筑粗糙的亲水结构，制备超亲水/水下超疏油的氧化石墨烯/***胶凝胶改性复合膜。专利CN201810603729.6公开了一种可同时实现油水乳液分离和染料去除的功能膜的制备方法，包括(1)配制聚合物基体溶液，(2)将含羟基的基材与聚合物基体溶液结合，一步实现加速凝胶化和引入带电官能团，得到可同时实现油水乳液分离和染料去除的功能膜。该发明通过聚合物基体溶液赋予含羟基的基材高比表面能而获得超亲水、水下超疏油性，进而可实现油水的高效分离。

发明内容

本发明针对超亲水疏油油水分离材料制备工艺复杂的问题，提供一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂，该处理剂效果明显，使用简便。

本发明采用的技术方案如下：一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂，其特征在于：

纳米有机硅填料和微米有机硅填料 0.5～5％；

活性成膜物质 1～8％；

渗透剂 0.1～2；

溶剂 余量；

所述纳米有机硅填料和微米有机硅填料为氨基硅烷封端剂和烷氧基硅烷的水解产物，表面携带大量的氨基基团；

所述活性成膜物质为环氧树脂、扩链剂、含氟化合物、双酚化合物的反应产物；

所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂；

所述溶剂为水、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、乙二醇单甲醇、乙二醇单乙醇、1,3二氧杂环戊皖、二氧六环中的至少一种，能使纳米和微米有机硅填料、活性成膜物质、渗透剂很好的分散。

其中氨基硅烷封端剂的结构如下所示；

其中R₁为连接基团-CH₂CH₂-S-CH₂CH₂-或-CH₂CH₂CH₂-；烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷或它们的混合物。

其中扩链剂为乙胺、丙胺、丁胺、乙醇胺、氨基酸或它们的混合物；含氟化合物为CF₃(CF₂CF₂)_n-(CH₂CH₂O)_m-R₂-NH₂，其中n为2～9，m为2～9，R₂为连接基团-CH₂-，-CH₂CH₂-或-COCH₂CH₂-；双酚化合物的结构如下所示

其中R₃为连接基团如-CH₂-，-CH₂CH₂-或-CH₂CH₂CH₂-；扩链剂一方面提高树脂的分子量，另一方面调节亲水性能；含氟化合物赋予材料疏油性能；双酚化合物能和氨基发生偶联反应，使活性成膜物质发生交联提高强度，并且能固定纳米和微米有机硅填料形成稳定的微纳米结构。

进一步的，所述纳米有机硅填料粒径为10～50nm，微米有机硅填料粒径为0.5～3μm，按重量计算纳米填料用量为微米填料的0.3～1。

进一步的，所述活性成膜物质中，扩链剂、含氟化合物、双酚化合物按摩尔量计算，比例为(0.5～0.7):(0.2～0.3):(0.2～0.3)。

本发明还提供了一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂的使用方法，包括：

(1)将处理剂稀释至固体份为1％；

(2)将滤纸置于布什漏斗中，将处理剂到布什漏斗中，

(3)利用真空泵进行抽滤；

(4)将处理好的滤纸，至于50～90℃下干燥。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：(1)处理剂使用方便，不需要复杂设备，操作简单；(2)超亲水疏油效果显著，所制备的油水离滤纸，可用于油水分离，有效去除含油废水中油污，在化工分离和水污染控制领域都具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的未处理滤纸形貌图；

图2为本发明的实施例1中滤纸形貌图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。除非另外说明，否则所有的分数为重量份，所有的百分比为重量百分比。

活性成膜物质A

将环氧树脂E44 51g溶于105ml乙二醇单乙醇中，然后加入乙醇胺4g、含氟化合物8.5g(CF₃(CF₂CF₂)₂(CH₂CH₂O)₂CH₂CH₂NH₂)、及4-(2-乙胺基)苯-1，2-二酚6.5g，机械搅拌，在氮气保护下加热至80℃反应1小时。

活性成膜物质B

将环氧树脂E44 51g溶于101ml乙二醇单乙醇中，然后加入乙醇胺2g、丁胺3.2g，含氟化合物4.4g(CF₃(CF₂CF₂)₂(CH₂CH₂O)₂CH₂CH₂NH₂)及4-(2-乙胺基)苯-1，2-二酚6.7g，机械搅拌，在氮气保护下加热至80℃反应1小时。

实施例1

取上述活性成膜物质A溶液175g、纳米有机硅填料(平均直径30nm)10g、微米有机硅填料(平均直径2μm)20g、渗透剂3g，加970g乙二醇单乙醇稀释，固含10％。

取上述处理剂加乙二醇单乙醇进一步稀释至1％，将直径为20cm的中速滤纸置于布什漏斗中，取50ml 1％浓度处理剂到布什漏斗中，利用真空循环水泵进行抽滤，将滤纸，置于60℃下干燥一小时。

经测定该滤纸水的接触角为3°，石油醚的接触角89°。把滤纸折叠成漏斗状置入过滤漏斗中。将石油田醚(沸点60～90℃)和去离子水按体积比1:50的比例混合，高速分散机搅拌成油水混合物，倒入滤纸内，油水混合物有效分离，分离效率可达到99.7％以上。该滤纸稳定性好，可重复利用。

实施例2

其它与实施例1相同，仅将直径为20cm的中速滤纸换成快速滤纸。

经测定该滤纸水的接触角为15°，石油醚的接触角78°滤纸折叠成漏斗状置入过滤漏斗中。将石油田醚(沸点60～90℃)和去离子水按体积比1:50的比例混合，高速分散机搅拌成油水混合物，倒入滤纸内，油水混合物有效分离，分离效率可达到95.7％以上。该滤纸稳定性好，可重复利用。

实施例3

取上述活性成膜物质A溶液175g，渗透剂3g，加657g乙二醇单乙醇稀释，固含10％。

取上述处理剂加乙二醇单乙醇进一步稀释至1％，将直径为20cm的中速滤纸置于布什漏斗中，取50ml 1％浓度处理剂到布什漏斗中，利用真空循环水泵进行抽滤，将滤纸，置于60℃下干燥一小时。

经测定该滤纸水的接触角为40°，石油醚的接触角65°。滤纸折叠成漏斗状置入过滤漏斗中。将石油田醚(沸点60～90℃)和去离子水按体积比1:50的比例混合，高速分散机搅拌成油水混合物，倒入滤纸内，油水混合物有效分离，分离效率可达到50.1％以上。该滤纸稳定性好，可重复利用。

实施例4

取活性成膜物质B溶液168g，纳米有机硅填料(平均直径30nm)15g、微米有机硅填料(平均直径2μm)35g、渗透剂3g，加650g乙二醇单乙醇稀释，固含15％。

取上述处理剂加乙二醇单乙醇进一步稀释至1.5％，将直径为20cm的中速滤纸置于布什漏斗中，取50ml 1％浓度处理剂到布什漏斗中，利用真空循环水泵进行抽滤，将滤纸，置于60℃下干燥一小时。

经测定该滤纸水的接触角为20°，石油醚的接触角75°。滤纸折叠成漏斗状置入过滤漏斗中。将石油田醚(沸点60～90℃)和去离子水按体积比1:50的比例混合，高速分散机搅拌成油水混合物，倒入滤纸内，油水混合物有效分离，分离效率可达到70.7％以上。

对比实施例1

中速滤纸水的接触角为1°，石油醚的接触角0°。滤纸折叠成漏斗状置入过滤漏斗中。将石油田醚(沸点60～90℃)和去离子水按体积比1:50的比例混合，高速分散机搅拌成油水混合物，倒入滤纸内，油水不能分离。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂，其特征在于：

纳米有机硅填料和微米有机硅填料0.5～5％；

活性成膜物质1～8％；

渗透剂0.1～2；

溶剂余量；

所述纳米有机硅填料和微米有机硅填料为氨基硅烷封端剂和烷氧基硅烷的水解产物，表面携带大量的氨基基团；

所述活性成膜物质为环氧树脂、扩链剂、含氟化合物、双酚化合物的反应产物；

所述渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂；

所述溶剂为水、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、乙二醇单甲醇、乙二醇单乙醇、1,3二氧杂环戊皖、二氧六环中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂，其特征在于：其中氨基硅烷封端剂的结构如下所示；

其中R₁为连接基团-CH₂CH₂-S-CH₂CH₂-或-CH₂CH₂CH₂-；烷氧基硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷或它们的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂，其特征在于：其中扩链剂为乙胺、丙胺、丁胺、乙醇胺、氨基酸或它们的混合物；含氟化合物为CF₃(CF₂CF₂)_n-(CH₂CH₂O)_m-R₂-NH₂，其中n为2～9，m为2～9，R₂为连接基团-CH₂-，-CH₂CH₂-或-COCH₂CH₂-；双酚化合物的结构如下所示

其中R₃为连接基团如-CH₂-，-CH₂CH₂-或-CH₂CH₂CH₂-。

4.根据权利要求1所述的一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂，其特征在于：所述纳米有机硅填料粒径为10～50nm，微米有机硅填料粒径为0.5～3μm，按重量计算纳米填料用量为微米填料的0.3～1。

5.根据权利要求1所述的一种制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂，其特征在于：所述活性成膜物质中，扩链剂、含氟化合物、双酚化合物按摩尔量计算，比例为(0.5～0.7):(0.2～0.3):(0.2～0.3)。

6.一种根据权利要求1所述的制备油水分离滤纸用超亲水疏油处理剂的使用方法，包括：

(1)将处理剂稀释至固体份为1％；

(2)将滤纸置于布什漏斗中，将处理剂到布什漏斗中；

(3)利用真空泵进行抽滤；

(4)将处理好的滤纸，至于50～90℃下干燥。