一种用于乳液分离的防污耐磨复合膜的制备方法
阅读说明：本技术 一种用于乳液分离的防污耐磨复合膜的制备方法 (Preparation method of antifouling and wear-resistant composite membrane for emulsion separation ) 是由 郭志光 雷军 郑自建 黄金霞 辛燕 刘维民 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于乳液分离的防污耐磨复合膜的制备方法,涉及用于乳液分离的复合膜的制备。将醋酸纤维素溶液涂覆到纤维素纤维纸上,通过简单的相转化法就能得到复合膜。复合膜结合了两种材料的优点,具有良好的防污性能和优异的耐磨性能。对二甲苯乳液的三次循环通量恢复率达到84％。在800目砂纸上负载200g砝码往返10cm距离50次后,分离效率不变,通量增加到原来的3倍。(The invention discloses a preparation method of an antifouling and wear-resistant composite membrane for emulsion separation, and relates to preparation of a composite membrane for emulsion separation. The cellulose acetate solution is coated on the cellulose fiber paper, and the composite membrane can be obtained by a simple phase inversion method. The composite film combines the advantages of two materials, and has good antifouling performance and excellent wear resistance. The recovery rate of the tertiary circulation flux of the paraxylene emulsion reaches 84 percent. After a 200g weight is loaded on 800-mesh sandpaper and returns for 50 times in a distance of 10cm, the separation efficiency is unchanged, and the flux is increased to 3 times of the original flux.)
技术领域
本发明属于乳液分离复合膜制备
技术领域
，特别涉及一种用于乳液分离的防污耐磨复合膜的制备方法。背景技术
由纤维素材料绿色环保可再生可降解为出发点，结合醋酸纤维素的防污性能和纤维纸良好的机械性能，通过简单的相转化法制备了复合膜。醋酸纤维素和纤维素纤维纸中丰富的羟基基团使得两者间形成大量的氢键，结合牢固。有别于常用的涂覆法，接枝法和填充法中普遍存在功能材料与基底结合不牢固的问题，这会使得膜的机械性能，尤其是耐磨性能很差。本发明中，醋酸纤维素相当于被浇筑在纤维纸中形成了块体材料，当表面被磨损后，重新暴露出的部分性能不变。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单的防污耐磨乳液分离复合膜的制备方法。利用醋酸纤维素和纤维素纤维纸的优点，制备了同时具有良好防污性能和优异耐磨性能的复合膜。该复合膜主要用于含油污水处理方面，改善了现有分离膜易污染，耐磨性能差，不能重复使用的问题。同时，该制备方法设备要求低，操作步骤简单，节能环保。原材料来源广泛、价格低廉、可再生，有利于大规模生产和实际应用。
实现本发明目的的技术方案是：
一种用于乳液分离的防污耐磨复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.制备醋酸纤维素溶液：将醋酸纤维素和N,N-二甲基乙酰胺以一定比例加入烧杯中，用保鲜膜覆盖烧杯口防止溶剂蒸发逸出，在50℃的油浴锅中加热搅拌，取出静置；
B.复合膜的制备：将四面湿膜制备器置于滤纸上，制备器与滤纸边缘平行，用胶头滴管取一定量的醋酸纤维素溶液沿制备器边缘均匀挤在滤纸上，缓慢移动制备器将醋酸纤维素溶液涂覆在滤纸上，将涂覆好的纤维纸放入去离子水中进行相转化，取出湿膜，在空气中室温干燥。
进一步的，步骤A中，醋酸纤维素和N,N-二甲基乙酰胺质量体积比为1：10。
进一步的，步骤A中，静置过程超过4小时。
进一步的，步骤B中，滴在纤维纸上的醋酸纤维素溶液要均匀，且平行于湿膜制备器，醋酸纤维素溶液的量在0.05-0.15ml/cm2范围内。
进一步的，步骤B中，湿膜制备器使用100μm面。
进一步的，步骤B中，四面湿膜制备器的前进速度为1cm/s。
进一步的，步骤B中，相转化过程时间为30分钟。
进一步的，步骤B中，空气中干燥时间为4小时。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.原材料绿色环保、可再生、可降解、价格低廉，有利于实际应用。
2.制备过程中没有使用修饰剂，且步骤简单，设备要求低，耗能低有利于大规模制备。
3.醋酸纤维素和纤维纸间形成大量氢键，结合牢固，膜的质量能长时间保持稳定。
4.复合膜同时具有两种材料的优点，防污性能和机械性能良好，能重复多次使用，降低水处理成本。
附图说明
图1为本发明实施例1中复合膜的形貌表征和润湿性表征。其中图a-b为复合膜的表面电镜图，图c为复合膜的截面电镜图，图d为复合膜在空气中的水接触角和在水下的油接触角。
图2为本发明实施例2中乳液分离性能测试相关数据。其中图a为复合膜对柴油，二甲苯和油酸乙酯三种乳液的分离通量和分离效率。图b-d分别为分离前后的乳液和滤液的光学照片和显微镜照片。
图3为本发明实施例3中复合膜防污性能的测试。其中图a，b,c分别为复合膜经过柴油乳液，二甲苯乳液和油酸乙酯乳液三次分离循环过程中的分离通量和分离效率数据。
图4为本发明实施例4中复合膜耐磨性能的测试。其中图a为砂纸摩擦前后的复合膜形貌对比。图b为摩擦前后复合膜润湿性能对比。图c为摩擦前后复合膜对二甲苯乳液分离性能得的对比。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
实施例1
1.制备醋酸纤维素溶液：将醋酸纤维素和N,N-二甲基乙酰胺以质量体积比为1：10加入烧杯中，用保鲜膜覆盖烧杯口防止溶剂蒸发逸出，在50℃的油浴锅中加热搅拌，取出静置4小时。
2.复合膜的制备：将四面湿膜制备器置于滤纸上，制备器与滤纸边缘平行，用胶头滴管取一定量的醋酸纤维素溶液沿制备器边缘均匀挤在滤纸上，缓慢移动制备器将醋酸纤维素溶液涂覆在滤纸上。滴在纤维纸上的醋酸纤维素溶液要均匀，且平行于湿膜制备器，醋酸纤维素溶液的量在0.05-0.15ml/cm2范围内。湿膜制备器使用100μm面。四面湿膜制备器的前进速度为1cm/s。将涂覆好的纤维纸放入去离子水中进行相转化，时间30分钟。取出湿膜，在空气中室温干燥4小时。
3.复合膜的形貌和润湿性表征：由SEM电镜图可知醋酸纤维素在滤纸上的存在状态。如图a-c所示，醋酸纤维素不仅覆盖了纤维素纤维纸表面，还将纤维纸内部也完全填充了。如图的所示，复合膜是空气中亲水和水下疏油的。
实施例2
1.制备醋酸纤维素溶液：将醋酸纤维素和N,N-二甲基乙酰胺以质量体积比为1：10加入烧杯中，用保鲜膜覆盖烧杯口防止溶剂蒸发逸出，在50℃的油浴锅中加热搅拌，取出静置5小时。
2.复合膜的制备：将四面湿膜制备器置于滤纸上，制备器与滤纸边缘平行，用胶头滴管取一定量的醋酸纤维素溶液沿制备器边缘均匀挤在滤纸上，缓慢移动制备器将醋酸纤维素溶液涂覆在滤纸上。滴在纤维纸上的醋酸纤维素溶液要均匀，且平行于湿膜制备器，醋酸纤维素溶液的量在0.05-0.15ml/cm2范围内。湿膜制备器使用100μm面。四面湿膜制备器的前进速度为1cm/s。将涂覆好的纤维纸放入去离子水中进行相转化，时间30分钟。取出湿膜，在空气中室温干燥4小时。
3.复合膜乳液分离性能：水包油乳液中油水体积比为1：100，分散过程为室温超声4小时。以复合膜对多种不同水包油乳液的分离通量和分离效率的测定来评估复合膜的分离性能。以乳液和滤液的光学照片以及显微镜照片来验证上述数据的可靠性。图a为复合膜对柴油，二甲苯和油酸乙酯三种乳液的通量和分离效率。图b-d为上述三种乳液在分离前后的光学照片以及显微镜照片。
实施例3
1.制备醋酸纤维素溶液：将醋酸纤维素和N,N-二甲基乙酰胺以质量体积比为1：10加入烧杯中，用保鲜膜覆盖烧杯口防止溶剂蒸发逸出，在50℃的油浴锅中加热搅拌，取出静置6小时。
2.复合膜的制备：将四面湿膜制备器置于滤纸上，制备器与滤纸边缘平行，用胶头滴管取一定量的醋酸纤维素溶液沿制备器边缘均匀挤在滤纸上，缓慢移动制备器将醋酸纤维素溶液涂覆在滤纸上。滴在纤维纸上的醋酸纤维素溶液要均匀，且平行于湿膜制备器，醋酸纤维素溶液的量在0.05-0.15ml/cm2范围内。湿膜制备器使用100μm面。四面湿膜制备器的前进速度为1cm/s。将涂覆好的纤维纸放入去离子水中进行相转化，时间30分钟。取出湿膜，在空气中室温干燥4小时。
3.复合膜防污性能：以复合膜对三种水包油乳液多次分离循环后的通量恢复率和分离效率来评估分离膜的防污性能。图三a，b,c分别为复合膜对柴油，二甲苯和油酸乙酯三种乳液的循环分离数据。三次循环后，分离膜对三种乳液的分离效率都没变，对柴油，二甲苯和油酸乙酯三种乳液的通量恢复率为75％，84％,93％。
实施例4
1.制备醋酸纤维素溶液：将醋酸纤维素和N,N-二甲基乙酰胺以质量体积比为1：10加入烧杯中，用保鲜膜覆盖烧杯口防止溶剂蒸发逸出，在50℃的油浴锅中加热搅拌，取出静置7小时。
2.复合膜的制备：将四面湿膜制备器置于滤纸上，制备器与滤纸边缘平行，用胶头滴管取一定量的醋酸纤维素溶液沿制备器边缘均匀挤在滤纸上，缓慢移动制备器将醋酸纤维素溶液涂覆在滤纸上。滴在纤维纸上的醋酸纤维素溶液要均匀，且平行于湿膜制备器，醋酸纤维素溶液的量在0.05-0.15ml/cm2范围内。湿膜制备器使用100μm面。四面湿膜制备器的前进速度为1cm/s。将涂覆好的纤维纸放入去离子水中进行相转化，时间30分钟。取出湿膜，在空气中室温干燥4小时。
3水包油乳液的制备：将油和水以1：100的体积相混合，超声4小时。
4.耐磨性能测试：耐磨性测试中，将复合膜负载200g砝码置于800目砂纸上直线往返10厘米记为一次，一个摩擦50次。对比摩擦前后复合膜的分离性能来评估其耐磨性能。图四中a为摩擦前后复合膜表面和截面的形貌对比，可以明显看出，复合膜表面覆盖的平整的醋酸纤维素被磨损掉了，露出了粗糙的纤维纸纤维且纤维纸纤维间填充的醋酸纤维素还完整存在。同时复合膜在摩擦50次后明显变薄了，厚度由116微米变为50微米。图b为摩擦前后复合膜润湿性能对比，由于吸水性更强的纤维被暴露出来了，同时复合膜变薄了，水滴完全渗透复合膜的时间由15秒变为5秒，亲水性变强。图c为摩擦前后复合膜分离性能的对比，由于纤维间填充的醋酸纤维素仍然完整存在，复合膜的分离效率不变，但分离通量大大增加了，这归因于膜的亲水性的变强以及膜厚度减小产生的传质阻力的减小。
总结：本发明将醋酸纤维素溶液涂覆到纤维素纤维纸上，通过简单的相转化法就能得到复合膜。复合膜结合了两种材料的优点，具有良好的防污性能和优异的耐磨性能。对二甲苯乳液的三次循环通量恢复率达到84％。在800目砂纸上负载200g砝码往返10cm距离50次后，分离效率不变，通量增加到原来的3倍。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
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