油水分离膜材料制备及其应用研究进展

油水混合物不仅对生态环境造成破坏,同时也危及人类身体健康。针对油水混合物进行高效分离,不仅可以实现油、水资源的重复使用,还可有效地避免其直接排放所造成的严重环境污染问题。因此开发高效油水分离材料对于资源节约,实现双碳目标和践行习总书记“绿水青山就是金山银山”理念具有重要意义。特殊润湿性因其对油水两相的响应不同在油水分离领域中显示出良好的应用前景,具备该特性的油水分离膜材料分离效率高、分离速度快、能耗低、可扩展性好、操作简单且可回收利用,因此针对油水分离膜材料制备过程中基底材料选择的不同,详细介绍了以金属、聚合物、生物质和无机物为基底材料制备油水分离膜材料及其应用研究进展,并对油水分离膜材料领域研究进行展望。     

仿蜘蛛网结构油水分离膜的制备和性能探索

具有三维网络结构和亲水特性的水凝胶用于分离膜改性备受关注.以聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基质,将羧甲基纤维素(CMC)通过自交联方式引入膜表面,制备了仿蜘蛛网结构的CMC-PVDF改性膜,对膜的油水分离性能、抗污染性能、机械性能等进行了考察.结果表明,相对于原膜,改性膜的油水乳液通量增加了4倍,达到612 L/(m~2·h),油水分离性能从74%提高到94%以上;改性膜具有较好的抗污染能力;相对于原膜,CMC-PVDF改性膜的弹性模量从3.647 MPa提高到14.86 MPa,伸长率从31.5%提高到58.4%,这与膜表面的仿蜘蛛网结构有关.通过所述方法得到了兼具较高分离性能、抗污染性能和机械性能的膜材料,对分离膜改性研究具有一定借鉴价值.     

聚乙烯吡咯烷酮/聚(乙烯-乙烯醇)共混膜的制备及其油水分离性能

将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与聚(乙烯-乙烯醇)(EVAL)共混,采用浸没沉淀法制备了PVP/EVAL共混膜,并用于油水乳液分离过程。通过全反射红外光谱、扫描电子显微镜、拉伸试验、接触角测试等对膜的组成、结构形态、机械性能、亲水性进行了表征,并研究了PVP添加量对共混膜油水分离性能的影响。结果表明:添加PVP能较显著地改变EVAL膜的结构,且共混膜的机械强度和亲水性得到明显改善,当PVP添加量为10 wt%(PVP在铸膜液中的质量分数)时,其拉伸强度和断裂伸长率分别为纯EVAL膜的1.88倍和1.34倍。当PVP添加量为4 wt%时,油水分离稳定通量为纯EVAL膜的1.81倍,截留率为92.2%,比纯EVAL膜略高。PVP添加量为10 wt%的PVP/EVAL共混膜清洗后通量恢复率由纯EVAL膜的51%增至77.98%。     

PBSS油水分离微球的制备及其性能研究

将丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)、苯乙烯(St)作为聚合单体,通过悬浮聚合工艺制备了BA-SMA-St油水分离聚合物(PBSS)微球。使用红外光谱仪、显微镜表征了微球的基本结构和形貌,测试了微球的油水分离性能、保油性能以及在不同温度下的吸油性能,并探讨了交联剂用量对微球吸油性能的影响。结果表明：微球具有良好的油水分离性能,随着交联剂用量的增加微球的吸油倍率减小。在25℃下对汽油饱和吸附倍率可达11.72g/g,所需时间为30min;在70℃下对汽油饱和吸附倍率可达12.64g/g,所需时间仅为15min,吸附饱和后微球的保油率高于98%。     

部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜的制备及油水分离性能研究

聚四氟乙烯(PTFE)是一种强疏水的氟碳材料,很难用相转化成膜。本文将PTFE粉体分散在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中得到PTFE悬浮液,首先用干湿相转化法制得PTFE/PVDF中空纤维膜胚;然后在氮气气氛下进行部分碳化,制得部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.用热重分析法、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜研究了PTFE/PVDF中空纤维膜胚的碳化工艺、膜碳化前后表面元素和微观结构变化情况;最后测试了膜的亲疏水变化和油水分离性能.结果表明：PTFE/PVDF中空纤维膜胚中的PVDF在360～450℃时发生C-H断裂,PTFE保持原结构,可以得到部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.经部分碳化工艺制得的中空纤维膜孔径减小,形成连续、完整的微孔结构.当PTFE含量为40%时,碳化后制得的膜接触角达到102°,疏水性提高;对10%的模拟含油废水的渗透通量达到30 L/(m²·h)(跨膜压差：0.1 MPa)、分离效率达到80%,呈现出较好的油水分离性能和商业应用价值.     

聚丙烯酸/聚砜交联复合膜的反渗透分离性能的研究Ⅰ.膜的制备及其对多种有机物水溶液的分离性能

用TDI交联剂交联的方法，进行了聚丙烯酸／聚砜交联复合膜的制备，研究了交联剂，添加剂对膜性能的影响，并通过扫描电镜观察了膜的截面结构，研究了该膜对多种有机物水溶液的分离性能。     

交联壳聚糖膜对醇—水混合液的渗透汽化性能

在壳聚糖液中加入交联剂,制备出不溶性的交联壳聚糖膜。该膜对醇—水混合液具有良好的分离性能,对某些醇—水混合液可以达到一次性分离。交联剂用量对膜的性能有很大的影响,随着交联剂用量的增加,膜的溶胀度和吸水率下降,醇—水混合液的分离系数下降,渗透通量增大。关于温度和料液浓度对交联壳聚糖膜的渗透汽化性能的影响也作了研究。前文报道了醇—水混合液通过壳聚糖膜的渗透汽化分离性能。虽然壳聚糖膜对醇—水混合液具有良好的分离性能,但它在低醇含量的水溶液中,溶胀度较大,膜的尺寸稳定性差。为了提高膜的尺寸稳定性,我们制备了交联壳聚糖膜,对其渗透化性能进行了研究。     

超疏水吸油性聚二乙烯基苯的制备及其油水分离性能

在我国,水污染已经严重破坏了自然生态环境并危害人体健康,液态油类物质是其中重要的水体污染源。为解决含油污水处理过程中最重要的油水分离问题,本文采用简单易行的溶剂热法低成本合成了具有微米和纳米级粗糙结构的超疏水吸油性多孔性聚二乙烯基苯有机固体材料并对其油水分离性能进行了研究。由于其内部的亲油基链段与油分子可发生溶剂化作用,多孔性聚二乙烯基苯具有吸油速率快、容量大、再生性好,只吸油不吸水等特点,可很好地吸附脱除水中油类有机物,在油水分离方面具有很好的应用前景。     

聚酰亚胺非对称膜的制备及其气体分离性能

以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)和2,4,6-三甲基间苯二胺(TrMPD)为单体,采用两步法合成了一种聚酰亚胺(PI),并通过红外光谱对其结构进行了表征。以所制PI的四氯乙烷(TCE)溶液为铸膜液,甲醇为凝固浴溶剂,采用相转化法制得了一系列非对称膜(皮层厚度:3.4~5.7μm),并研究了不同制膜工艺条件对膜的形貌结构和性能的影响规律。结果表明:所制得的非对称膜具有良好的力学性能(拉伸强度28.9~40.9MPa,断裂伸长率38.9%~87.5%)和较高的二氧化碳通量[35℃,2atm,11.4~25.8GPU,1GPU=10-6cm3(STP)/(cm2·s·cmHg)]。气体透过选择性与膜的皮层缺陷控制密切相关,由5%PI溶液先在60℃下干燥35min,再在甲醇凝固浴中浸泡5min所制得的非对称膜的皮层高度致密,其气体透过选择性(PO2/PN2=4.10,PCO2/PN2=22.3,PCO2/PCH4=23.0)与均质膜一致。     

可控润湿性的ZnO修饰不锈钢网的制备及其油水分离性能

为了制备出具有可控润湿性的不锈钢滤网,并根据其相关特性用于研究油水分离性能,本文通过水热法在不锈钢表面生长一层氧化锌,构造微纳米粗糙度,随后用不同链长的脂肪酸改性的方法,成功制备出具有可控润湿性的不锈钢滤网。采用接触角测量仪、FTIR、SEM及XRD等分别对样品的润湿性和表面形貌及成分进行分析,采用油水分离装置表征样品的油水分离效率及重复使用性。结果表明依据不同链长的脂肪酸改性的样品出现了从超亲水到超疏水的润湿性变化,范围为0°～158°,油始终保持在0°。油水分离效率在92%～98%,重复使用50次后,仍然具有油水分离的性能。因此,制备的不锈钢滤网具有优异的油水分离性能和良好的重复使用性能。     

超疏水超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能

利用正十二硫醇和氯化铜反应制备十二烷基硫铜,然后将其配制成乙醇悬浮液;将表面涂覆有聚多巴胺的三聚氰胺海绵浸入上述悬浮液中成功制备出超疏水三聚氰胺海绵,并用它来分离油水混合物.采用扫描电镜观察海绵表面形貌,利用接触角测量仪表征其润湿性能,借助红外分光测油仪测定水中含油量.研究结果表明,三聚氰胺海绵表面形成了凹凸不平的微纳米结构,呈超疏水超亲油状态;测得它对水的静态接触角为152°,而油滴能在1 s内被完全吸收.该样品对油水混合物具有良好的分离能力,分离后水中菜籽油含量从约25 g/L降到15.20 mg/L;对同一大豆油水混合物连续分离五次后其含油量可从36.45 mg/L降低至5.12 mg/L.该超疏水海绵具有良好的吸附油的能力,可吸收约自身质量54～77倍的有机溶剂或油品;在重复使用100次后仍能保持145°的接触角和达自身质量68.6倍的吸油能力;在海水中浸泡36 h后仍保持约147°的接触角和73.4倍的吸油能力.     

超疏水超亲油304不锈钢网的制备及其油水分离性能

目前,用于油水分离的材料成本高,制备工艺复杂且效果较差,针对这一现象,选用304不锈钢网作为基体材料,通过氯化铁溶液刻蚀法获得粗糙表面,随后用十七氟癸基三甲氧基硅烷对该表面进行改性,成功制备出具有优异油水分离特性的超疏水超亲油不锈钢滤网,并对其结构及性能进行了测试表征.结果表明:超疏水不锈钢网与水的接触角达到151°,...     

交联聚乙烯醇膜材料结构与性能的相关性(Ⅰ)交联膜的红外分析

对PVA膜材料的化学结构进行了分析，建立了定量表征PVA膜交联度的新方法，探明了交联对高分子链间氢键作用的影响规律．结果表明，当交联温度为100℃，交联时间为60min时，交联反应接近平衡；交联剂分子的引入导致高分子链间氢键作用减弱．     

磺化聚苯乙烯/聚乙烯醇交联膜的制备与性能

以磺化度为75%的磺化聚苯乙烯(SPS)和聚乙烯醇(PVA)为原料,按一定的配比共混后浇铸成膜,在程序升温的过程中进行热交联,通过控制不同交联时间得到不同交联密度的交联膜.考察了交联膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀性和尺寸稳定性;利用原子力显微镜和交流阻抗仪对交联膜的表面形貌及电导率进行了表征.结果表明:交联膜的IEC值略有降低;吸水率和溶胀度得到了很好的控制,具有较好的尺寸稳定性;膜表面出现了明显的亲水相和憎水相相分离,且亲水相微区的聚集尺寸和连续性随交联时间的长短而变化;随交联时间的延长,交联膜的电导率值略有下降,但交联后膜的室温电导率仍高于0.01 S/cm.     

炭膜制备及其高效氧氮分离性能

通过论述炭膜的制备方法及其关键影响因素，系统总结了炭膜的氧氮分离性能，并将其与高性能聚吡咙膜和聚苯胺膜进行了比较，提出了今后的发展方向。指出炭膜具有优异的氧氮分离性能，其氧氮分离因子一般为10以上，最高可达36。聚酰亚胺基和聚吡咙基炭膜均表现出较好的综合氧氮分离性，大大突破了富氧膜材料的Robeson上限，位于极具吸引力的商业化区域，在空气分离中显示出了极大的应用潜力和工业化前景。     

超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展

仿生界面油水分离材料的研究主要集中在超疏水超亲油材料,其具有高吸油能力和油品回收方便快捷等特性。本文评述了近几年超疏水材料制备及其在油水分离中应用的研究进展。     

二氧化钛/ZIF-8复合超疏水海绵的制备及其油水分离性能

含油废水的处理海上溢油问题及含油废水的排放对经济与环境带来了巨大的破坏。利用聚多巴胺将自制的双尺度ZIF-8/TiO₂纳米粒子黏附到聚氨酯海绵,通过十八胺改性制备出超疏水油水分离海绵,通过FTIR、XRD等对其结构进行了表征分析;利用ZIF-8和TiO₂两种纳米粒子构建双尺度粗糙结构,并深入探究了两种粒子的用量对复合涂层表面性能的影响。结果表明当纳米粒子ZIF-8和TiO₂添加摩尔比为2∶1时,接触角达到最大值153°;复合海绵有良好的油水分离性能,吸收能力是其自重的40至118倍,分离效率平均在96%以上;在808 nm激光照射下10 s内温度可升高55.9℃,有良好的光热转换性能。