公布日：2022.01.28
申请日：2021.08.16
分类号：B01D69/02(2006.01)I;B01D67/00(2006.01)I;B01D17/022(2006.01)I
摘要
本申请属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种油水分离膜材料及其制备方法和应用，利用氧化铜纳米线与乙醇构成的引发体系引发吡咯单体在氧化铜纳米线表面原位氧化还原聚合，形成致密的聚吡咯包覆层，构建核‑壳结构CuO(Cu2O)@ppy材料，再在其表面修饰超疏水的硬脂酰氯，得到超疏水超亲油的油水分离膜材料，该材料具有优异的光热转化性能，且具有极强的耐腐蚀性，使用寿命长，可重复使用，利用所述油水分离膜材料可实现原油的高效纯化回收，缓解能源匮乏的危机的同时，完成污水资源化，减轻环境问题。
权利要求书
1.一种油水分离膜材料，其特征在于，包括铜基纳米线、包裹所述铜基纳米线的聚吡咯ppy包覆层和结合在所述聚吡咯ppy包覆层上的疏水亲油剂；其中，所述铜基纳米线与乙醇通过氧化还原反应生成自由基，共同引发吡咯单体在所述铜基纳米线的表面生成原位氧化还原聚合，在铜基纳米线上形成致密的聚吡咯ppy包覆层；所述疏水亲油剂为硬脂酰氯。
2.如权利要求1所述的油水分离膜材料，其特征在于，所述铜基纳米线为CuO纳米线。
3.一种油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备CuO纳米线；将所述CuO纳米线置入吡咯单体溶液中，搅拌后进行聚合反应，在所述CuO纳米线表面原位形成聚吡咯ppy包覆层，得到CuO(Cu2O)@ppy材料；所述吡咯单体溶液的溶剂为乙醇；所述CuO纳米线与乙醇通过氧化还原反应生成自由基，共同引发吡咯单体在所述CuO纳米线的表面生成原位氧化还原聚合，在CuO(Cu2O)纳米线上形成致密的聚吡咯包覆层；将所述CuO(Cu2O)@ppy材料浸泡于硬脂酰氯溶液，得到油水分离膜材料；其中，CuO(Cu2O)@ppy表示以CuO和/或Cu2O为核，聚吡咯为壳的一种具有核壳结构的氧化铜和/或氧化亚铜聚吡咯复合材料。
4.如权利要求3所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，所述吡咯单体溶液中的吡咯单体与溶剂的体积比为1:(80-120)；和/或所述聚合反应的温度120-180℃，反应时长为57小时。
5.如权利要求3所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，所述硬脂酰氯溶液中硬脂酰氯与溶剂的体积比为1:(12-15)；和/或所述浸泡的温度为50-70℃，浸泡时长为35小时。
6.如权利要求3所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，制备CuO纳米线包括以下步骤：配制氢氧化钠/过硫酸铵混合液；将泡沫铜浸泡于所述氢氧化钠/过硫酸铵混合液中，生长出Cu(OH)2纳米阵列；将所述Cu(OH)2纳米阵列进行煅烧处理得到CuO纳米线。
7.如权利要求6所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠/过硫酸铵混合液中氢氧化钠摩尔浓度为0.4-0.8mol/L，过硫酸铵摩尔浓度为0.2-0.6mol/L。
8.如权利要求6所述的油水分离膜材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度150-200℃，煅烧时长0.52h。
9.一种油水分离膜材料的应用，其特征在于，包括权利要求12任意一项所述的油水分离膜材料或权利要求3-8任意一项所述的方法制备的油水分离膜材料在工业油水分离中的应用。
10.一种油水分离装置，其特征在于，所述油水分离装置包括依次连接的油水混合容器、油水分离膜材料、抽油泵和原油收集容器，所述油水分离装置包括权利要求12任意一项所述的油水分离膜材料或权利要求38任意一项所述的方法制备的油水分离膜材料，所述油水分离膜材料置于所述油水混合容器中，用于吸附油水混合容器中的原油；所述油水分离膜材料与所述抽油泵的吸入口连接；所述原油收集容器与所述抽油泵的排出口连接。
发明内容
本申请的目的在于提供一种油水分离膜材料及其制备方法和应用，旨在一定程度上解决现有技术中油水分离膜材料分离效率低、使用寿命短、制备过程繁琐、环保性差的问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种油水分离膜材料，包括铜基纳米线、包裹铜基纳米线的聚吡咯包覆层和结合在聚吡咯包覆层上的疏水亲油剂。
进一步地，铜基纳米线为CuO纳米线和/或Cu2O纳米线；和/或疏水亲油剂为硬脂酰氯。
第二方面，本申请提供一种油水分离膜材料的制备方法，包括以下步骤：
制备CuO纳米线；
将CuO纳米线置入吡咯单体溶液中，搅拌后进行聚合反应，在CuO纳米线表面原位形成聚吡咯包覆层，得到CuO(Cu2O)@ppy材料；将CuO(Cu2O)@ppy材料浸泡于硬脂酰氯溶液，得到油水分离膜材料。
进一步地，吡咯溶液中的吡咯单体与溶剂的体积比为1:(80120)；和/或聚合反应的温度120-180℃，反应时长为57小时。
进一步地，硬脂酰氯溶液中硬脂酰氯与溶剂的体积比为1:(1215)；和/或S3中浸泡温度为50-70℃，浸泡时长为35小时。
进一步地，制备铜纳米线包括以下步骤：配制氢氧化钠/过硫酸铵混合液；将泡沫铜浸泡于氢氧化钠/过硫酸铵混合液中，生长出Cu(OH)2纳米阵列；将Cu(OH)2纳米阵列进行煅烧处理得到CuO纳米线。
进一步地，氢氧化钠/过硫酸铵混合液中氢氧化钠摩尔浓度0.40.8mol/L，过硫酸铵摩尔浓度0.20.6mol/L。进一步地，S13中煅烧处理的温度为150-200℃，煅烧时长0.52h。
第三方面，本申请提供一种油水分离膜材料的应用，包括上述的油水分离膜材料和/或上述的方法制备的油水分离膜材料在工业油水分离中的应用。
第四方面，本申请提供一种油水分离装置，油水分离装置包括依次连接的油水混合容器、油水分离膜材料、抽油泵和原油收集容器，
油水分离装置包括上述的油水分离膜材料和/或上述方法制备的油水分离膜材料，油水分离膜材料置于油水混合容器中，用于吸附油水混合容器中的原油；油水分离膜材料与抽油泵的吸入口连接；原油收集容器与抽油泵的排出口连接。
本申请第一方面提供的油水分离膜材料，铜基纳米线与聚吡咯都具有优异的光热转化效率，在铜基纳米线与包裹其的致密的聚吡咯包覆层形成核壳结构后，大大提高了对原油的吸附性，进一步地，在聚吡咯包覆层表面超疏水超亲油的疏水亲油剂，进一步增强本油水分离膜材料的疏水亲油性能，同时，油水分离膜材料耐腐蚀性强，经强酸强碱腐蚀实验后均不影响其超疏水和超亲油性能，大大延长了油水分离膜材料的使用寿命。
本申请第二方面提供的油水分离膜材料的制备方法，在溶剂热条件下，CuO纳米线具有较好的氧化性(反应转变为Cu2O)，乙醇具有较好的还原性(反应转变为乙醛)，二者通过氧化还原反应产生自由基，共同引发吡咯单体在氧化铜纳米线的表面发生原位氧化还原聚合，最终在CuO(Cu2O)纳米线上包覆一层致密的聚吡咯保护层，原位引发氧化还原聚合，确保了聚吡咯能非常均匀地包覆在每根CuO纳米线的表面，形成极其致密的聚吡咯保护层，具有极强的抗腐蚀性能。
本申请第三方面提供的油水分离膜材料的应用，上述油水分离膜材料机械性能好、耐腐蚀、具有超疏水超亲油性质,而且具有高的光热转换效率,采用上述油水分离膜材料对工业油水进行分离，分离效果好，分离效率高，且油水分离膜材料可重复使用，使用寿命长，可实现原油的高效纯化回收，缓解能源匮乏的危机的同时，完成污水资源化，减轻环境问题。
本申请第四方面提供的油水分离装置，本装置采用抽油泵连接油水分离膜材料和原油收集容器，油水分离膜材料可以源源不断地加热软化、吸收原油，被吸收的原油再通过抽油泵输送至原油收集容器，达到回收提纯的效果，操作简单，大大提高油水分离效率。
（发明人：黄方志;李士阔;查长虹;吴超;刘建珂）
