基于浸潤性差異的有機液體分離網膜制備方法及用圖
【技術領域】
[0001] 本發明屬于化學化工、功能材料技術領域，特別涉及基于浸潤性差異的有機液體 分離網膜制備方法和用途。
【背景技術】
[0002] 有機液體分離是一個與人類日常生活生產緊密相連的課題，涉及到石油化工、紡 織印染、制藥、制革、機械加工等眾多行業。這些液體混合物如果處理不當，會嚴重污染環 境、破環生態平衡、危害人類安全。目前，有機液體之間的分離，一般采用蒸餾法或滲透氣化 法。這兩種方法雖然能達到有效分離的目的，但是都需要投入大型設備，耗時長、成本高。如 何快速高效地分離有機液體，是當前一項亟待解決的任務。
[0003] 中國發明專利 CN103263787B、CN102029079B、CN102961893B 和 CN103316507B 中公 開的油水分離網膜對油和水表現出明顯相反的浸潤性，即親水疏油或者疏水親油。這些網 膜具有的對水和油的截然相反的浸潤性，使得水穿透網膜而油被網膜截留，或者油穿透網 膜而水被網膜截留，從而實現了快速得分離油水混合物。遺憾的是，這些油水分離網膜對于 有機液體卻表現出相似的浸潤性，無法實現有機液體之間的分離。而且絕大多數網膜材料 存在不耐有機溶劑的問題，極大限制了有機液體分離技術的開發和應用。
[0004] 同樣，非專利文獻 Angew. Chem. Int. Ed. 2004,43,2012 ; Adv. Mater. 2013， 25,2071;Nat. Commun. 2013,4,2276;Angew. Chem. Int. Ed. 2015,54,4527報道的油水 分離網膜也存在類似的問題。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供基于浸潤性差異的有機液體分離網膜。
[0006] 本發明的另一目的在于提供一種成本低、速度快、簡單便捷的基于浸潤性差異的 有機液體分離網膜的制備方法。
[0007] 本發明的再一目的在于提供基于浸潤性差異的有機液體分離網膜的用途。
[0008] 本發明通過以下技術方案實現： 一種有機液體分離網膜，包括由多孔網膜所形成的基底，以及采用表面接枝方法在所 述基底上修飾的烷基分子包覆層，其中： 所述的多孔網膜是無機氧化物纖維網膜； 所述烷基分子包覆層是在所述無機氧化物纖維網膜上修飾的一系列不同長度的碳鏈 分子： 所述的有機液體分離網膜具有微米尺度網孔。
[0009] 本發明的基于浸潤性差異的有機液體分離網膜，是以無機氧化物纖維網膜為基 底，通過表面化學反應在無機網膜基底上修飾不同長度的碳鏈分子，得到對有機液體具有 浸潤性差異的網膜。
[0010] 本發明的有機液體分離網膜的浸潤性差異取決于網膜表面修飾分子的碳鏈長度。 不同長度碳鏈分子修飾的表面具有不同的表面能，因此，有機液體在網膜上表現出不同的 浸潤行為，即親液或疏液。
[0011] 所述的網膜是靜電紡絲法制備的無機纖維網膜。
[0012] 所述的表面化學反應是氣相法或者溶液法。
[0013] 所述的不同長度碳鏈分子是帶官能團的各種硅烷偶聯劑。
[0014] 本發明的有機液體分離網膜具有穩定性好、分離效率高的特點，可以大面積制備 和低成本生產。具有不同碳鏈長度的硅烷偶聯劑，通過氣相法或者溶液法，修飾到無機氧化 物纖維網膜上。無機氧化物纖維網膜具有微納米復合結構，修飾了不同長度碳鏈分子后，這 種無機氧化物網膜對有機液體具有顯著的浸潤性差異，表面張力值較低的液體在網膜上表 現出親液特性，即，在網膜上鋪展浸潤，能滲透穿過網膜；表面張力值較高的液體在網膜上 表現出疏液特性，即，液體不能浸潤網膜，被網膜截留，從而實現分離具有不同表面張力的 有機液體。
[0015] 實驗結果表明，柴油具有較低的表面張力值（27. 7達因/厘米)，在本發明的有機 液體分離網膜表面的接觸角約為0°，能迅速穿過所述的有機液體分離網膜；而甲酰胺(表 面張力值為58. 4達因/厘米)、二甲基亞砜(表面張力值為42. 1達因/厘米)、N，N-二甲基 甲酰胺(表面張力值為35. 8達因/厘米)等具有較高的表面張力值，在網膜表面的接觸角大 于120°，不能通過所述的有機液體分離網膜。如將柴油和甲酰胺混合物倒入夾有本發明所 述的有機液體分離網膜的玻璃裝置中時，柴油具有較低的表面張力值（27. 7達因/厘米)， 能快速通過有機液體分離網膜，而甲酰胺具有較高的表面張力值（58. 4達因/厘米)，被有 機液體分離網膜截留，實現混合非均相有機液體分離的目的。該有機液體分離網膜性能穩 定，清洗方便，可重復使用。
[0016] 本發明所述的有機液體分離網膜制備分為： (1) 無機氧化物纖維網膜制備，具體步驟如下： ① 將聚合物溶于有機溶劑中，攪拌，使之完全溶解，得到穩定透明的聚合物溶液；再用 酸溶液調節聚合物溶液的pH值，優選的pH值為3. 0 ;然后加入氧化物溶膠的前驅體，攪拌， 使之形成均勻穩定的氧化物溶膠； ② 采用靜電紡絲法，在電場力作用下，將上述步驟（1)中形成的穩定氧化物溶膠靜電紡 絲形成纖維網膜； ③ 將步驟②中得到的纖維網膜，50~80°C，保持6~12小時；然后以每分鐘5~KTC 的升溫速度，升溫到500~700°C，保持6~12小時，自然冷卻。得到無機氧化物纖維網膜； (2) 在硅鈦復合氧化物纖維網膜上，通過化學法表面修飾不同碳鏈長度的硅烷，得到不 同浸潤性的液體分離網膜。具體步驟如下： ① 將硅烷偶聯劑滴入無水溶劑中，濃度為〇. 4~0. 9wt%。然后將新制備的無機氧化物 纖維膜浸沒到含硅烷偶聯劑的無水溶液中，放于密閉容器中，溫度為20~60°C，保持12~ 24小時； ② 將無機氧化物纖維網膜從含硅烷偶聯劑的無水溶液中取出，用丙酮、乙醇清洗，自然 晾干，得到液體分離網膜。
[0017] 步驟（1)中所述的聚合物為聚醚（P123、F68和F127)、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚甲 基丙烯酸甲酯（PMMA)和聚氧乙烯（PEO); 步驟（1)中所述的有機溶劑為甲醇、乙醇及異丙醇； 步驟（1)中所述的酸溶液為鹽酸、硫酸、硝酸、醋酸； 步驟（1)中所述的氧化物溶膠前驅體為異丙醇鈦、正硅酸四乙酯、鈦酸四丁酯、鋯酸四 丁酯、異丙醇鋁； 步驟（1)中所述的氧化物溶膠為硅鈦復合溶膠、硅鋯復合溶膠、硅鋁復合溶膠； 步驟（2)中所述的硅烷偶聯劑為碳鏈長度Ci~C 18的氯硅烷偶聯劑、甲氧基硅烷偶聯 劑、乙氧基硅烷偶聯劑； 步驟（2)中所述的無水溶劑為乙醇、苯、甲苯、二甲苯。
[0018] 本發明的基于浸潤性差異的有機液體分離網膜可用于有機液體之間的分離。
[0019] 本發明的有機液體分離網膜制備方法簡單、原料易得、成本低廉、應用廣泛。本發 明的有機液體分離網膜分離速度快、分離效果好，對甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、正己烷、 二甲基亞砜、柴油、甲醇、乙二醇、石油醚、氯仿、四氯化碳、汽油、原油、離子液體等均有良好 的分離效果。該有機液體分離網膜性能穩定、易于清洗、可重復使用。
【附圖說明】
[0020] 圖1.本發明實施例1制備的有機液體分離網膜的表面形貌掃描電鏡照片。
[0021] 圖2.本發明實施例1的在空氣中測量二碘甲烷、甲酰胺、乙二醇和正己烷液滴（3 微升）在有機液體分離網膜表面的浸潤行為的形狀照片。
[0022] 圖3.本發明實施例1制備的有機液體分離網膜用于分離甲酰胺和四氯化碳的實 驗裝置與實驗效果照片。
[0023] 附圖中各個標記的含義如下： al.二碘甲烷，a2.甲酰胺，a3.乙