一種雙層結構γ-AlOOH涂覆的油水分離網膜材料及其制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于功能材料領域，具體涉及一種雙層結構γ -Α100Η涂覆的油水分離網膜材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]含油污水的來源廣泛，除了石油開采及加工排出大量含油廢水外，還有固體燃料熱加工、紡織工業中的洗毛廢水、輕工業中的制革廢水、食品加工以及機械工業中車削工藝中的乳化液等。隨著人們環保意識的加強，油水分離技術也越來越受到人們的重視。現有的油水分離網膜存在加工過程復雜的缺點，如需要加工烘烤成膜，并且涂層較厚，容易使油液流動阻力增大，從而降低油水分離的效率。而且還存在原料成本高導致油水分離膜造價貴的問題，同時大量有機原料的使用也帶來嚴重的污染。因此，如何降低成本、提高分離效率以及綠色環保成為油水分離網膜技術發展的關鍵。
[0003]勃姆石是一種重要的無機化工產品，具有獨特的化學物理性質，而且無毒環保、合成成本低，已成為制備氧化物涂層油水分離膜的熱點材料。如Wang等(Zhi jie Wang ,YuTian,Haosen Fan etc.Facile seed-assisted hydrothermal fabricat1n of y-AlOOHnanoflake films with superhydrophobicity[J].NewJ.Chem,2014,38，1321-1327.)通過種子輔助水熱法在玻璃基底上制備出γ-AlOOH納米片超疏水膜，水的接觸角為160° ±3° ;他們(Zhi jie Wang , Jinghua Gong，Jinghong Ma and Jian Xu.1n situ growthofhierarchical boehmite on 2024 aluminum alloy surface as superhydrophobicmaterials[J].RSC Adv 2014,4，14708-14714.)也通過原位生長的方法在2024鋁合金表面制備出花狀結構的γ -Α100Η，水的接觸角為155°。然而，現有方法制備的γ -Α100Η超疏水膜的疏水性能相對不高，超疏水膜的形態不豐富，同時在油水分離方面的應用及油水分離效率的報道還很少。
【發明內容】
[0004]本發明主要是針對現有方法制備的γ-Α100Η超疏水膜的疏水性能不高的問題，提供一種雙層結構γ -Α100Η涂覆的油水分離網膜材料及其制備方法，通過本發明方法制備的超疏水親油油水分離網膜，其γ -Α100Η涂層呈雙層結構，疏水性能好、油水分離效率高，而且工藝簡單、成本低。
[0005]本發明的具體技術方案為:一種雙層結構γ-Α100Η涂覆的油水分離網膜材料，以不銹鋼網為基體，在其上有γ -Α100Η涂覆層，所述γ -Α100Η涂覆層為雙層結構，其底層由納米片堆砌而成，納米片長度為250?400nm，寬度為200?300nm，納米片之間的間距為30?50nm，頂層為分布在納米片表層的納米花隨機分布構成，單個納米花長度為0.6?1.Ομπι，寬度為200?400nm，納米花結構為一維納米片自組裝形成的三維結構。
[0006]如上述雙層結構γ-Α100Η涂覆的油水分離網膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將300?500目不銹鋼網置于丙酮和無水乙醇的混合液中，經超聲波清洗后干燥，將干燥后的不銹鋼網置于濃硫酸或濃硝酸和雙氧水的混合溶液中浸泡，最后洗凈干燥待用；
[0008](2)將溶有鋁鹽、沉淀劑及生物質添加劑的水溶液攪拌至透明后，轉移至水熱反應釜中，并將步驟(I)中待用的不銹鋼網垂直懸掛于溶液中，進行水熱反應；
[0009](3)將反應后的不銹鋼網置于低表面能的溶液中浸泡后，洗凈、干燥，即得雙層結構γ -Α100Η涂覆的油水分離網膜。
[0010]本發明旨在金屬網表面構造粗糙的γ-Α100Η微觀結構，結合低表面能物質修飾的方法，制備得到超疏水親油網膜材料。本發明中雙層結構γ-Α100Η分離膜，其底層是納米片堆砌而成，頂層為分布在納米片表層的三維納米花隨機分布構成。這種隨機堆疊的雙層結構，增加了膜表面的有用空隙，空氣在膜表面的儲存量較單層結構多。當液滴與膜表面接觸時，出現氣-固-液三相接觸界面，由于膜表面空隙中大量的空氣存在，使得氣-液兩相的接觸面積增大，相應液-固兩相的接觸面積較少，從而實現了超疏水性能。
[0011]作為優選，所述步驟(I)丙酮與無水乙醇的體積比為0.3?0.6:1。
[0012]作為優選，所述步驟(I)濃硫酸的質量分數為93?98%，濃硝酸的質量分數為60?65%，雙氧水的質量分數為20?25%，濃硫酸或濃硝酸與雙氧水的體積比為0.2?0.4:1。
[0013]作為優選，所述步驟(I)超聲波清洗時間為25?30min，浸泡時間為0.5?lh。
[0014]作為優選，所述步驟(2)水溶液中沉淀劑的濃度為0.1?0.2M，鋁鹽、沉淀劑及生物質添加劑的摩爾比為0.2?0.6:1:0.01?0.02。
[0015]作為優選，所述沉淀劑為尿素，鋁鹽選自硝酸鋁、氯化鋁中的一種，生物質添加劑選自果糖、D-半乳糖中的至少一種。
[0016]作為優選，所述步驟(2)水熱反應溫度為160?170°C，反應時間為5?7h。
[0017]作為優選，所述步驟(3)低表面能溶液的濃度為0.02?0.03M，其溶質選自硬脂酸、正十二硫醇、正十六硫醇中的至少一種，溶劑選自無水乙醇、丙酮中的一種。
[0018]作為優選，所述步驟(3)浸泡時間為2?2.5h。
[0019]本發明制備的油水分離網膜可適用于柴油、汽油、食用油、潤滑油、煤油、苯、氯仿等一種或多種組分混合的油水混合物的分離，油水混合物的油水體積比可為0.5?1:1，分離效率在98%以上。使用時，量取一定體積的油水混合物，攪勻后，倒入油水分離裝置中，SP可實現油水分離。
[0020]本發明的有益效果是:本發明提供的雙層結構γ-A100H涂覆的油水分離網膜的制備方法，較以往方法原料易得，成本低廉，操作簡單，處理方便，而且制備的油水分離網膜疏水性能好、油水分離效率高。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為實施例1制備的不銹鋼網膜涂層的X-ray衍射圖；
[0022]圖2為實施例2制備的不銹鋼網膜表面1yL水滴接觸角狀態圖；
[0023]圖3為實施例3制備的不銹鋼網膜涂層的FE-SEM圖；
[0024]圖4為本發明制備的不銹鋼網膜分別對汽油、柴油、食用油、潤滑油4種油水混合物的最低分離效率圖。
【具體實施方式】
[0025]下面通過具體實施例，對本發明的技術方案做進一步說明。
[0026]本發明所采用硝酸鋁為Al(NO3)3.9H20，氯化鋁為AlCl3.6H20(均為分析純)，其他原料和設備若非特指，均可從市場購得或是本領域常用的，實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。
[0027]實施例1
[0028]—種雙層結構γ -Α100Η涂覆的油水分離網膜材料的制備方法，包括以下步驟:
[0029](I)將300目不銹鋼網剪成60 X 50mm的網片，置于體積比為0.5:1的丙酮和無水乙醇的混合液中，經超聲波清洗25min后，用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 V干燥20min，將干燥后的不銹鋼網置于體積比為0.2:1的濃硫酸和雙氧水的混合溶液中浸泡I h，然后用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 0C干燥20min后待用，其中濃硫酸質量分數為98 %，雙氧水質量分數為25% ；
[0030](2)將 5g 硝酸鋁(0.013mol)、1.5g 尿素(0.025mol)和0.18果糖(0.000511101)溶于250mL去離子水中，攪拌至溶液透明后，將溶液轉移至500mL的水熱反應釜中，并將步驟(I)中待用的不銹鋼網垂直懸掛于透明溶液中，在170 °C下水熱反應6h。
[0031](3)將反應后的不銹鋼網用去離子水清洗3次，在70°C干燥20min后，置于硬脂酸與無水乙醇混合溶液中浸泡2h，其中硬脂酸與無水乙醇混合溶液中，硬脂酸0.7 5g(0.0026mol)，無水乙醇90mL，然后將不銹鋼網取出，用酒精清洗3次，在70°C干燥3min，即得雙層結構γ -Α100Η涂覆的油水分離網膜。
[0032]測試不銹鋼網膜油水分離效率:
[0033]將制備的不銹鋼網膜固定于分離裝置中，量取90mL油水體積比為0.8:1的油水混合物，快速攪拌后，倒入分離裝置中，可以看到油快速通過網膜，而水則在網膜上面慢慢蓄積，從而實現油水分離。實驗中，選用柴油、潤滑油、煤油、汽油為油相，通過測量分離前后油水混合物的質量，計算得到油水分離效率分別為99.5%、98.5%、98.4%、98.5%。
[0034]實施例2
[0035]—種雙層結構γ -Α100Η涂覆的油水分離網膜的制備方法，包括以下步驟:
[0036](I)將325目不銹鋼網剪成60 X 50mm的網片，置于體積比為0.3:1的丙酮和無水乙醇的混合液中，經超聲波清洗30min后，用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 V干燥20min，將干燥后的不銹鋼網置于體積比為0.3:1的濃硫酸和雙氧水的混合溶液中浸泡0.5h，然后用去離子水洗凈，在恒溫干燥箱中70 °C干燥20min后待用，其中濃硫酸質量分數為93 %，雙氧水質量分數為20% ；
[0037](2)將4.58硝酸鋁(0.012!1101)、2.(^尿素(0.0311101)和0.18 D-半乳糖(0.0005mol)溶于250mL去離子水中，攪拌至溶液透明后，將溶液轉移至500mL的水熱反應釜中，并將步驟
(I)中待用的不銹鋼網垂直懸掛于透明溶液中，在160 °C下水熱反應5h。
[0038](3)將反應后的不銹鋼網用去離子水清洗3次，在7