一种具有光响应性可用于高效双向油水分离膜的制备方法

技术领域

本发明属于可切换润湿性表面的制备技术领域，特别涉及在用光响应实现表面润湿性切换用于双向油水分离的制备方法。

背景技术

工业排放的含油废水对经济和环境都造成了严重的损害，为了缓解这种情况，高效的油水分离材料得到研究人员的重点关注。其中，用于双向油水分离的可切换润湿性材料在实际应用中展示出巨大潜力。贻贝的粘附蛋白主要成分3,4-二羟基苯基-L-丙氨酸，可以在岩石或其他潮湿的基质上保持良好的黏附性。受此启发，利用多巴胺的自聚合作用将有光响应特性的锐钛矿型TiO

采用简单的浸入法，在花状磷酸铜表面制备了光响应涂层，利用正十八硫醇进行表面改性得到可切换润湿性的膜。所制备的膜具有耐酸碱耐磨性，且磨损后易修复，在不同润湿性下能够对不同种油水混合物进行高效分离。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单方便、经济实惠的油水分离材料及器件。结合多巴胺的强粘附性和锐钛矿型TiO

实现本发明目的的技术方案是：一种具有光响应性可用于高效双向油水分离膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A.膜基底的制备：将2.5cm×2.5cm的铜网用盐酸和乙醇清洗干净后立即浸入20mL混合溶液中，该溶液中含有2mL Na

B.膜涂层的制备：取0.2g盐酸多巴胺粉末和0.2g TiO

C.膜的改性：将褐黑色的铜网浸入正十八硫醇/乙醇溶液中30min后放到烘箱中60℃下干燥30min后完成分离膜的制备；

D.膜的润湿性切换：将超疏水分离膜放置紫外光下照射2h，表面润湿性可转换为亲水性，再在120℃下加热2h又可以恢复高疏水性；

E.膜的耐酸碱、耐磨损测试：将制备好的膜与1000#砂纸粗糙面接触，然后在另一面放置10g的重物，使膜在外力作用下沿水平方向移动，每次移动距离为10cm，每5次测量样品接触角变化以评价其耐磨性；此外，用NaOH和HCl配置不同pH值的溶液，然后测量上述溶液在样品表面的接触角以观察其耐腐蚀性；

F.膜的易修复性测试：将经过30次砂纸磨损循环后的膜放入10mM正十八硫醇/乙醇溶液中5min进行修饰，然后测量膜的水滴接触角以评价其易修复性。

优选的，膜基底的制备中Na

优选的，膜涂层的制备中盐酸多巴胺粉末和TiO

优选的，膜涂层的制备中所使用的TiO

优选的，膜涂层的制备中Tris-盐酸缓冲液浓度为1M，pH＝8.5。

优选的，膜的改性中正十八硫醇/乙醇溶液的浓度为10mM。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.制备工艺简单，原料易得，成本低廉。

2.该分离膜的水接触角可以达到153.5°。

3.该分离膜的涂层强健，耐酸碱、耐磨损且易修复。

4.该分离膜可以实现表面润湿性的切换，用于不同种油水混合物的分离。

5.该分离膜可多次进行多次循环分离，一直保持很高的分离效率和分离通量。

附图说明

图1：实施实例1所得原始铜网(图a)、未经改性的膜(图b和c)以及最终膜表面形貌(图d-f)。

图2：实施实例1所得膜的XPS元素分析(图a-f)，膜涂层的XRD图案(图g)、所得膜的傅里叶红外光谱分析(图h)。

图3：实施实例1所得膜对于不同重油/水混合物的循环分离效率，1,2-二氯乙烷(图a)、二氯甲烷(图b)、三氯甲烷(图c)、四氯化碳(图d)。

图4：实施实例1所得膜的光照加热循环润湿性转变(图a)，膜切换为亲水性时对不同轻油/水混合物的循环分离效率(正己烷(图b)、异辛烷(图c)、甲苯(图d))，膜恢复到疏水性时对不同重油/水混合物的循环分离效率(图e)

图5：实施实例1所得膜的水接触角。

图6：实施实例1所得膜经过紫外光照后切换到亲水性时的水接触角。

图7：实施实例1所得膜耐磨损测试的示意图(图a)、膜的水接触角和磨损前后质量比随磨损次数的变化(图b)、不同pH值的液滴在膜表面的接触角(图c)。

图8：实施实例1所得膜在经过30次磨损循环后的水接触角。

图9：实施实例1所得膜在经过30次磨损循环后，再经正十八硫醇修饰后的接触角。

具体实施方式

实施例1：

1.基底A的制备：将铜网(2.5cm×2.5cm)用盐酸和乙醇清洗干净后立即浸入20mL混合溶液中，该溶液中含有2mL Na

2.膜涂层B的制备：取0.2g盐酸多巴胺粉末和0.2g TiO

3.膜的改性C：将褐黑色的铜网浸入正十八硫醇/乙醇溶液中30min后放到烘箱中60℃下干燥30min后完成超疏水分离膜的制备。

4.膜的润湿性切换D：将超疏水分离膜放置紫外光下照射2h，表面润湿性可转换为亲水性，再在120℃下加热2h又可以恢复高疏水性。

5.膜的耐酸碱、耐磨损测试E：将制备好的膜与1000#砂纸粗糙面接触，然后在另一面放置10g的重物。使膜在外力作用下沿水平方向移动，每次移动距离为10cm，每5次测量样品接触角变化以评价其耐磨性。此外，用NaOH和HCl配置不同pH值的溶液，然后测量上述溶液在样品表面的接触角以观察其耐腐蚀性。

6.膜的易修复性测试F：将经过30次砂纸磨损循环后的膜放入10mM正十八硫醇/乙醇溶液中5min进行短暂修饰，然后测量膜的水接触角以评价其易修复性。

实施例2：

1.基底A的制备：将铜网(2.5cm×2.5cm)用盐酸和乙醇清洗干净后立即浸入20mL混合溶液中，该溶液中含有2mL Na

2.膜涂层B的制备：取0.1g盐酸多巴胺粉末和0.1g TiO

3.膜的改性C：将褐黑色的铜网浸入正十八硫醇/乙醇溶液中30min后放到烘箱中60℃下干燥30min后完成超疏水分离膜的制备。

4.膜的润湿性切换D：将超疏水分离膜放置紫外光下照射2h，表面润湿性可转换为亲水性，再在120℃下加热2h又可以恢复高疏水性。

5.膜的耐酸碱、耐磨损测试E：将制备好的膜与1000#砂纸粗糙面接触，然后在另一面放置10g的重物。使膜在外力作用下沿水平方向移动，每次移动距离为10cm，每5次测量样品接触角变化以评价其耐磨性。此外，用NaOH和HCl配置不同pH值的溶液，然后测量上述溶液在样品表面的接触角以观察其耐腐蚀性。

6.膜的易修复性测试F：将经过30次砂纸磨损循环后的膜放入10mM正十八硫醇/乙醇溶液中5min进行短暂修饰，然后测量膜的水接触角以评价其易修复性。

实施例3：

1.基底A的制备：将铜网(2.5cm×2.5cm)用盐酸和乙醇清洗干净后立即浸入20mL混合溶液中，该溶液中含有1mL Na

2.膜涂层B的制备：取0.6g盐酸多巴胺粉末和0.6g TiO

3.膜的改性C：将褐黑色的铜网浸入正十八硫醇/乙醇溶液中30min后放到烘箱中60℃下干燥30min后完成超疏水分离膜的制备。

4.膜的润湿性切换D：将超疏水分离膜放置紫外光下照射2h，表面润湿性可转换为亲水性，再在120℃下加热2h又可以恢复高疏水性。

5.膜的耐酸碱、耐磨损测试E：将制备好的膜与1000#砂纸粗糙面接触，然后在另一面放置10g的重物。使膜在外力作用下沿水平方向移动，每次移动距离为10cm，每5次测量样品接触角变化以评价其耐磨性。此外，用NaOH和HCl配置不同pH值的溶液，然后测量上述溶液在样品表面的接触角以观察其耐腐蚀性。

6.膜的易修复性测试F：将经过30次砂纸磨损循环后的膜放入10mM正十八硫醇/乙醇溶液中5min进行修饰，然后测量膜的水接触角以评价其易修复性。

总结：本发明受贻贝启发，提出采用简单的浸入法，让多巴胺在花状磷酸铜表面构建聚多巴胺(PDA)涂层，再将TiO

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。