公布日：2022.01.28
申請日：2021.08.16
分類號：B01D69/02(2006.01)I;B01D67/00(2006.01)I;B01D17/022(2006.01)I
摘要
本申請屬于納米材料技術領域，尤其涉及一種油水分離膜材料及其制備方法和應用，利用氧化銅納米線與乙醇構成的引發(fā)體系引發(fā)吡咯單體在氧化銅納米線表面原位氧化還原聚合，形成致密的聚吡咯包覆層，構建核‑殼結(jié)構CuO(Cu2O)@ppy材料，再在其表面修飾超疏水的硬脂酰氯，得到超疏水超親油的油水分離膜材料，該材料具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化性能，且具有極強的耐腐蝕性，使用壽命長，可重復使用，利用所述油水分離膜材料可實現(xiàn)原油的高效純化回收，緩解能源匱乏的危機的同時，完成污水資源化，減輕環(huán)境問題。
權利要求書
1.一種油水分離膜材料，其特征在于，包括銅基納米線、包裹所述銅基納米線的聚吡咯ppy包覆層和結(jié)合在所述聚吡咯ppy包覆層上的疏水親油劑；其中，所述銅基納米線與乙醇通過氧化還原反應生成自由基，共同引發(fā)吡咯單體在所述銅基納米線的表面生成原位氧化還原聚合，在銅基納米線上形成致密的聚吡咯ppy包覆層；所述疏水親油劑為硬脂酰氯。
2.如權利要求1所述的油水分離膜材料，其特征在于，所述銅基納米線為CuO納米線。
3.一種油水分離膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：制備CuO納米線；將所述CuO納米線置入吡咯單體溶液中，攪拌后進行聚合反應，在所述CuO納米線表面原位形成聚吡咯ppy包覆層，得到CuO(Cu2O)@ppy材料；所述吡咯單體溶液的溶劑為乙醇；所述CuO納米線與乙醇通過氧化還原反應生成自由基，共同引發(fā)吡咯單體在所述CuO納米線的表面生成原位氧化還原聚合，在CuO(Cu2O)納米線上形成致密的聚吡咯包覆層；將所述CuO(Cu2O)@ppy材料浸泡于硬脂酰氯溶液，得到油水分離膜材料；其中，CuO(Cu2O)@ppy表示以CuO和/或Cu2O為核，聚吡咯為殼的一種具有核殼結(jié)構的氧化銅和/或氧化亞銅聚吡咯復合材料。
4.如權利要求3所述的油水分離膜材料的制備方法，其特征在于，所述吡咯單體溶液中的吡咯單體與溶劑的體積比為1:(80-120)；和/或所述聚合反應的溫度120-180℃，反應時長為57小時。
5.如權利要求3所述的油水分離膜材料的制備方法，其特征在于，所述硬脂酰氯溶液中硬脂酰氯與溶劑的體積比為1:(12-15)；和/或所述浸泡的溫度為50-70℃，浸泡時長為35小時。
6.如權利要求3所述的油水分離膜材料的制備方法，其特征在于，制備CuO納米線包括以下步驟：配制氫氧化鈉/過硫酸銨混合液；將泡沫銅浸泡于所述氫氧化鈉/過硫酸銨混合液中，生長出Cu(OH)2納米陣列；將所述Cu(OH)2納米陣列進行煅燒處理得到CuO納米線。
7.如權利要求6所述的油水分離膜材料的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鈉/過硫酸銨混合液中氫氧化鈉摩爾濃度為0.4-0.8mol/L，過硫酸銨摩爾濃度為0.2-0.6mol/L。
8.如權利要求6所述的油水分離膜材料的制備方法，其特征在于，所述煅燒處理的溫度150-200℃，煅燒時長0.52h。
9.一種油水分離膜材料的應用，其特征在于，包括權利要求12任意一項所述的油水分離膜材料或權利要求3-8任意一項所述的方法制備的油水分離膜材料在工業(yè)油水分離中的應用。
10.一種油水分離裝置，其特征在于，所述油水分離裝置包括依次連接的油水混合容器、油水分離膜材料、抽油泵和原油收集容器，所述油水分離裝置包括權利要求12任意一項所述的油水分離膜材料或權利要求38任意一項所述的方法制備的油水分離膜材料，所述油水分離膜材料置于所述油水混合容器中，用于吸附油水混合容器中的原油；所述油水分離膜材料與所述抽油泵的吸入口連接；所述原油收集容器與所述抽油泵的排出口連接。
發(fā)明內(nèi)容
本申請的目的在于提供一種油水分離膜材料及其制備方法和應用，旨在一定程度上解決現(xiàn)有技術中油水分離膜材料分離效率低、使用壽命短、制備過程繁瑣、環(huán)保性差的問題。
為實現(xiàn)上述申請目的，本申請采用的技術方案如下：
第一方面，本申請?zhí)峁┮环N油水分離膜材料，包括銅基納米線、包裹銅基納米線的聚吡咯包覆層和結(jié)合在聚吡咯包覆層上的疏水親油劑。
進一步地，銅基納米線為CuO納米線和/或Cu2O納米線；和/或疏水親油劑為硬脂酰氯。
第二方面，本申請?zhí)峁┮环N油水分離膜材料的制備方法，包括以下步驟：
制備CuO納米線；
將CuO納米線置入吡咯單體溶液中，攪拌后進行聚合反應，在CuO納米線表面原位形成聚吡咯包覆層，得到CuO(Cu2O)@ppy材料；將CuO(Cu2O)@ppy材料浸泡于硬脂酰氯溶液，得到油水分離膜材料。
進一步地，吡咯溶液中的吡咯單體與溶劑的體積比為1:(80120)；和/或聚合反應的溫度120-180℃，反應時長為57小時。
進一步地，硬脂酰氯溶液中硬脂酰氯與溶劑的體積比為1:(1215)；和/或S3中浸泡溫度為50-70℃，浸泡時長為35小時。
進一步地，制備銅納米線包括以下步驟：配制氫氧化鈉/過硫酸銨混合液；將泡沫銅浸泡于氫氧化鈉/過硫酸銨混合液中，生長出Cu(OH)2納米陣列；將Cu(OH)2納米陣列進行煅燒處理得到CuO納米線。
進一步地，氫氧化鈉/過硫酸銨混合液中氫氧化鈉摩爾濃度0.40.8mol/L，過硫酸銨摩爾濃度0.20.6mol/L。進一步地，S13中煅燒處理的溫度為150-200℃，煅燒時長0.52h。
第三方面，本申請?zhí)峁┮环N油水分離膜材料的應用，包括上述的油水分離膜材料和/或上述的方法制備的油水分離膜材料在工業(yè)油水分離中的應用。
第四方面，本申請?zhí)峁┮环N油水分離裝置，油水分離裝置包括依次連接的油水混合容器、油水分離膜材料、抽油泵和原油收集容器，
油水分離裝置包括上述的油水分離膜材料和/或上述方法制備的油水分離膜材料，油水分離膜材料置于油水混合容器中，用于吸附油水混合容器中的原油；油水分離膜材料與抽油泵的吸入口連接；原油收集容器與抽油泵的排出口連接。
本申請第一方面提供的油水分離膜材料，銅基納米線與聚吡咯都具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化效率，在銅基納米線與包裹其的致密的聚吡咯包覆層形成核殼結(jié)構后，大大提高了對原油的吸附性，進一步地，在聚吡咯包覆層表面超疏水超親油的疏水親油劑，進一步增強本油水分離膜材料的疏水親油性能，同時，油水分離膜材料耐腐蝕性強，經(jīng)強酸強堿腐蝕實驗后均不影響其超疏水和超親油性能，大大延長了油水分離膜材料的使用壽命。
本申請第二方面提供的油水分離膜材料的制備方法，在溶劑熱條件下，CuO納米線具有較好的氧化性(反應轉(zhuǎn)變?yōu)镃u2O)，乙醇具有較好的還原性(反應轉(zhuǎn)變?yōu)橐胰?，二者通過氧化還原反應產(chǎn)生自由基，共同引發(fā)吡咯單體在氧化銅納米線的表面發(fā)生原位氧化還原聚合，最終在CuO(Cu2O)納米線上包覆一層致密的聚吡咯保護層，原位引發(fā)氧化還原聚合，確保了聚吡咯能非常均勻地包覆在每根CuO納米線的表面，形成極其致密的聚吡咯保護層，具有極強的抗腐蝕性能。
本申請第三方面提供的油水分離膜材料的應用，上述油水分離膜材料機械性能好、耐腐蝕、具有超疏水超親油性質(zhì),而且具有高的光熱轉(zhuǎn)換效率,采用上述油水分離膜材料對工業(yè)油水進行分離，分離效果好，分離效率高，且油水分離膜材料可重復使用，使用壽命長，可實現(xiàn)原油的高效純化回收，緩解能源匱乏的危機的同時，完成污水資源化，減輕環(huán)境問題。
本申請第四方面提供的油水分離裝置，本裝置采用抽油泵連接油水分離膜材料和原油收集容器，油水分離膜材料可以源源不斷地加熱軟化、吸收原油，被吸收的原油再通過抽油泵輸送至原油收集容器，達到回收提純的效果，操作簡單，大大提高油水分離效率。
（發(fā)明人：黃方志;李士闊;查長虹;吳超;劉建珂）
