一种用于油水分离的超疏水涂层及其制备方法与流程

本发明涉及一种用于油水分离的超疏水涂层及其制备方法，属于化工分离技术领域。

背景技术

近年来，随着世界范围内工业有机原料泄漏事故的增加以及人们环保意识的增强，对实验室有机废液、餐余废油、含油工业废水的管理和处理要求日益提高。由于大量含油液体废弃物是以油水混合物的状态存在，用常规蒸馏、萃取的分离方法往往费时费力，甚至因为巨大的能源消耗，给我们的生态环境带来更大的负担。

超疏水材料由于本身具有超强的憎水性和亲油性已被广泛的应用于油水分离材料。废弃有机液体，特别是悬浮在水中的有毒有害有机液体，无需经过高能耗的离心、萃取、蒸馏设备，只需经过简单的过滤分离，即可从大量的水体中分离出来，经过回收利用，在源头上减少了有机污染物的排放，大大减少了社会公共废水废物处理成本，对推动构建可持续发展的生态社会有积极的意义。虽然目前由超疏水材料构建油水分离材料的研究十分广泛，大量专利被公开报道，例如专利cn104805420a、cn104725599a等。目前大量的超疏水油水分离材料在制备过程中需要复杂的步骤或加入特别的含硫或含氟化合物来增加材料表面的憎水性，这些方法一方面会增加材料的加工成本，另一方面由于含硫或含氟化合物的使用也会给环境带来一定的潜在危险。开发一种低成本的，且对环境无害的超疏水油水分离材料是一个紧迫的社会需求。

氢化蓖麻油来源于天然蓖麻油，其本身是一种植物蜡，具有一定的疏水性，其片状固体对水滴的静态接触角约为115°左右。氢化蓖麻油常被用做药用辅料，在制剂中起增稠、增硬和缓释等作用，故用作增稠剂、增硬剂和缓释剂，用于制备半固体制剂和固体制剂，如软膏剂、栓剂、丸剂、片剂等。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种以较低的成本并用对环境无害的材料来制备超疏水材料的方法。

本发明首先要解决的技术问题是提供一种用于油水分离的超疏水涂层的制备方法，本发明超疏水球晶涂层的制备过程如图1所示，具体方法为：将氢化蓖麻油乙醇溶液经过浸渍法涂覆在滤布或滤网上，浸渍温度为40-50℃，滤布或滤网在氢化蓖麻油乙醇溶液中完全浸润后，取出干燥即得超疏水涂层。

进一步的，所述氢化蓖麻油乙醇溶液的质量浓度为4％-11％，优选为4％-8％。

进一步的，所述滤布为棉滤布、化学纤维滤布。

进一步的，所述滤网是不锈钢滤网、铜滤网、铁滤网、尼龙滤网。

进一步的，所述干燥方式为自然晾干或真空干燥。

根据上述方法制备得到的超疏水涂层，其中，所述氢化蓖麻油以球晶的形式存在，超疏水涂层的水静态接触角大于150°。

本发明的另一个目的是油水分离的超疏水涂层在油水分离中的应用。

用本发明制备得到的超疏水涂层分离正己烷与水、液体石蜡与水、食用油与水、正辛烷与水的混合物，其中，正己烷、液体石蜡、食用油、正辛烷的得率均大于99％，且重复分离30-50次，涂层表面仍然保持超疏水性。

本发明的有益效果：

(1)本发明首次将氢化蓖麻油用于超疏水材料中，当其被制成球晶结构涂层覆盖在滤布或滤网上时，其对水滴的静态接触角可以上升至150°以上，成为一种超疏水材料；得到超疏水材料在无机械力破坏的情况下，可以进行多次油水分离操作，而不损坏。在其涂层被损坏后，可在热的氢化蓖麻油乙醇溶液中重新浸渍，晾干，即可重新获得超疏水涂层。

(2)本发明所采用的超疏水球晶涂层具有对环境无毒无害，可生物降解，易于修复的特性。

将其覆盖的普通滤布与滤网用于实验室含有机化合物废液、含水餐余废油、含油工业废水等的油水分离，可从源头上降低社会公共废水废物处理成本，对推广环境友好的油水分离材料较好的促进作用。

附图说明

图1.超疏水球晶涂层的制备过程。

图2.(a)、(d)不锈钢筛网表面球晶涂层的光学显微镜图像与电镜图像，(b)、(e)、(f)单个球晶的电镜图像，(c)水滴在不锈钢筛网表面的形态。

图3.安装有不锈钢滤网的油水分离装置。

图4.(a)、(b)工业747聚酯纤维滤布表面超疏水涂层的电镜图像，(c)单个球晶表面电镜图像，(d)水滴在超疏水涂层覆盖的747工业滤布表面上的形状。

图5.(a)液体石蜡与水混合液分离前，(b)液体石蜡与水混合液分离后。

图6.(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)超疏水涂层在尼龙滤网表面的形态，(g)水滴在覆盖有超疏水涂层的尼龙滤网表面的形状。

具体实施方式

实施例1

一种用于油水分离的超疏水涂层，其制备工艺如下：

称取氢化蓖麻油5克加热溶于95克无水乙醇中制得5％氢化蓖麻油乙醇溶液，保持溶液温度在45℃，将400目不锈钢滤网在溶液中完全浸润，取出平置于洁净的玻璃板上晾干，即得超疏水涂层覆盖的不锈钢滤网。滤网表面形态可见图2，滤网表面水滴的静态接触角为155.5°，正己烷在滤网表面接触角～0°。正己烷、水各20ml混合物可通过图3装置在5分钟内分离完毕，分离后正己烷得率为99.6％，重复分离该混合物五十次，测量滤网表面水滴的静态接触角，接触角降低为153.1°，涂层表面仍保持超疏水性。

实施例2

一种用于油水分离的超疏水涂层，其制备工艺如下：

称取氢化蓖麻油8克加热溶于92克无水乙醇中制得8％氢化蓖麻油乙醇溶液，保持溶液温度在50℃，将工业747聚酯纤维滤布在溶液中完全浸润，取出平置于洁净的玻璃板上晾干，即得超疏水涂层覆盖的滤布。滤布表面形态可见图4，筛网表面水滴的静态接触角为156.5°，液体石蜡在滤布表面接触角～0°。液体石蜡、水各20ml混合物可通过漏斗(图5)在5分钟内分离完毕，分离后液体石蜡得率为99.5％，重复分离该混合物三十次，测量滤布表面水滴的静态接触角，接触角降低为155.3°，涂层表面仍保持超疏水性。

实施例3

一种用于油水分离的超疏水涂层，其制备工艺如下：

称取氢化蓖麻油4克加热溶于96克无水乙醇中制得4％氢化蓖麻油乙醇溶液，保持溶液温度在40℃，将200目尼龙滤网在溶液中完全浸润，取出平置于洁净的玻璃板上晾干，即得超疏水涂层覆盖的尼龙滤网。滤网表面形态可见图6，滤网表面水滴的静态接触角为155.6°，食用油在尼龙滤网表面接触角～0°。将食用油、水各20ml混合物通过盖有尼龙滤网的漏斗分离，在5分钟内分离完毕，分离后食用油得率为99.6％，重复分离该混合物五十次，测量滤布表面水滴的静态接触角，接触角降低为152.5°，涂层表面仍保持超疏水性。

实施例4

一种用于油水分离的超疏水涂层，其制备工艺如下：

称取氢化蓖麻油10克加热溶于90克无水乙醇中制得10％氢化蓖麻油乙醇溶液，保持溶液温度在50℃，将棉滤布在溶液中完全浸润，取出平置于洁净的玻璃板上晾干，即得超疏水涂层覆盖的滤布。滤布表面水滴的静态接触角为156.5°，正辛烷在滤布表面接触角～0°。将正辛烷、水各20ml混合物可通过盖有棉滤布的漏斗分离，在5分钟内分离完毕，分离后正辛烷得率为99.4％。

对比例1：溶剂的选择(非乙醇溶剂)

称取氢化蓖麻油8克加热溶于92克氯仿中制得8％氢化蓖麻油氯仿溶液，保持溶液温度在50℃，将工业747聚酯纤维滤布在溶液中完全浸润，取出平置于洁净的玻璃板上晾干，得到的滤布表面水滴的静态接触角为137.2°，小于150°，未得到超疏水材料。

对比例2：浓度为3％

称取氢化蓖麻油3克加热溶于97克无水乙醇中制得3％氢化蓖麻油乙醇溶液，保持溶液温度在40℃之间，将200目尼龙筛网在溶液中完全浸润，取出平置于洁净的玻璃板上晾干，得到的滤布表面水滴的静态接触角为140.5°，小于150°，未得到超疏水材料。

对比例3：浓度为12％

称取氢化蓖麻油12克加热溶于88克无水乙醇中制得12％氢化蓖麻油乙醇溶液，保持溶液温度在50℃之间，将棉滤布材料在溶液中完全浸润，取出平置于洁净的玻璃板上晾干，得到的滤布表面水滴的静态接触角为148.5°，小于150°，未得到超疏水材料。

对比例4：温度为60℃

称取氢化蓖麻油5克加热溶于95克无水乙醇中制得5％氢化蓖麻油乙醇溶液，保持溶液温度在60℃，将400目不锈钢滤在溶液中完全浸润，取出平置于洁净的玻璃板上晾干，得到的滤布表面水滴的静态接触角为135.7°，小于150°，未得到超疏水材料。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。