本發(fā)明涉及化工分離,尤其涉及一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜及制備方法。
背景技術(shù):
1、由于現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展,頻繁發(fā)生的溢油事故和工業(yè)含油廢水的大量排放,對生態(tài)系統(tǒng)造成破壞,嚴(yán)重威脅自然資源和人類健康。目前,常規(guī)的水油分離技術(shù)包括重力、離心、吸附和化學(xué)方法等。與常規(guī)技術(shù)相比,膜分離技術(shù)具有操作簡便、高效、環(huán)境友好等優(yōu)點,通過膜表面特殊潤濕性來選擇合適的膜去解決實際的污染問題。
2、根據(jù)膜表面特殊潤濕性的不同,油水分離膜可分為“水去除”型膜和“油去除”型膜,“水去除”型膜可以分離輕質(zhì)油/水混合物或者水包油乳液,“油去除”型膜則可以分離重質(zhì)油/水混合物或者油包水乳液,由于實際應(yīng)用體系的復(fù)雜性,具有單一潤濕性能的分離膜不能滿足實際分離要求。因此,亟需開發(fā)浸潤性可轉(zhuǎn)變的油水分離膜,實現(xiàn)油水污染物的按需分離。目前,光響應(yīng)、電響應(yīng)、ph響應(yīng)、溫度響應(yīng)等系列新型智能響應(yīng)材料可以通過外界刺激條件改變膜表面潤濕性,從而實現(xiàn)按需分離的功能,然而,智能響應(yīng)膜制備過程中,通常會引入高分子或大分子有機物,不僅成本高昂,制備過程繁瑣,而且在使用過程中對環(huán)境條件和所分離廢水性能具有較大依賴性,嚴(yán)重制約了智能響應(yīng)膜材料的實際應(yīng)用。此外,有機改性分離膜穩(wěn)定性較差,不能應(yīng)用于惡劣環(huán)境,有機試劑的使用還會造成水資源的二次污染。因此需要制備出一種工藝簡單、無需有機試劑、操作簡便且潤濕性可轉(zhuǎn)化的分離膜,解決上述分離膜的使用問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、基于以上所述,本發(fā)明的目的在于提供一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜及制備方法,使得油水分離膜浸潤性能夠轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)油水污染物的按需分離。
2、為達上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
3、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,包括以下步驟:
4、將多孔碳材料在金屬催化劑溶液中真空浸漬,烘干,得到多孔碳基底;
5、稱取預(yù)設(shè)比例的碳源和硅源,將所述硅源平鋪至坩堝底部,再將所述碳源均勻鋪放在所述硅源表面,將所述多孔碳基底通過支架懸空放置在所述坩堝中部,程序升溫反應(yīng),最后冷卻至室溫,得到sic納米線改性多孔碳油水分離膜。
6、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,所述多孔碳材料包括包括碳纖維布、碳纖維氈、碳纖維編制體、瀝青基泡沫碳、樹脂基泡沫碳、生物質(zhì)基多孔炭、活性炭纖維氈、碳紙中的一種或多種。
7、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,所述多孔碳材料的密度為0.01~0.6g/cm3。
8、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,所述金屬催化劑溶液的濃度為0.005~0.5mol/l。
9、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,所述金屬催化劑溶液的溶質(zhì)包括鐵鹽、鈷鹽、鎳鹽等過渡金屬鹽中的一種或多種。
10、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,所述真空浸漬過程中,浸漬時間為0.5~1h。
11、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,所述碳源與所述硅源的摩爾比為(0.1~1):1
12、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,所述硅源由硅粉和二氧化硅粉復(fù)配制得,所述硅粉與所述二氧化硅粉的摩爾比為1:(0.25~4);所述碳源包括炭黑、石墨、碳納米管和活性炭中的一種。
13、作為一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法的優(yōu)選方案,所述程序升溫反應(yīng)過程中,真空度為10-2000pa,以10~20℃/min的速率升溫至1200~1600℃,保溫20min~50min。
14、一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜,由上述任一項所述的制備方法制備得到。
15、本發(fā)明的有益效果為:
16、本發(fā)明提供一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜,多孔碳的表面和內(nèi)部同時生長碳化硅納米線,該納米線與多孔結(jié)構(gòu)協(xié)同作用形成整體微納米尺度粗糙結(jié)構(gòu)的膜材料,能夠顯著提高膜的水中油接觸角和油下水接觸角。該油水分離膜具有優(yōu)異的雙親性,其被油潤濕后具有親油疏水性,被水潤濕后則具有親水疏油性,具有優(yōu)異的潤濕性轉(zhuǎn)換功能,能有效實現(xiàn)按需分離,膜材料與水和油性液體均能夠良好浸潤,可以通過預(yù)潤濕調(diào)節(jié)浸潤性,同時實現(xiàn)輕質(zhì)油/水混合物、重質(zhì)油/水混合物、油包水和水包油乳液及不混溶有機物、高粘度油水混合物的分離,應(yīng)用廣泛。
17、該分離膜制備工藝簡單,采用碳化硅納米線無機材料制備,避免有機試劑引入,不會對環(huán)境及人體造成危害,環(huán)保安全。同時,該油水分離膜能夠耐受強酸、強堿和高溫有氧環(huán)境,可應(yīng)用于極端惡劣條件,并且使用后可以直接高溫處理清潔,無需用洗滌劑清洗即可重復(fù)使用,避免造成二次污染,可大規(guī)模生產(chǎn),滿足工業(yè)化應(yīng)用的要求。
1.一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,所述多孔碳材料包括包括碳纖維布、碳纖維氈、碳纖維編制體、瀝青基泡沫碳、樹脂基泡沫碳、生物質(zhì)基多孔炭、活性炭纖維氈、碳紙中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,所述多孔碳材料的密度為0.01~0.6g/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,所述金屬催化劑溶液的濃度為0.005~0.5mol/l。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,所述金屬催化劑溶液的溶質(zhì)包括鐵鹽、鈷鹽、鎳鹽等過渡金屬鹽中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,所述真空浸漬過程中,浸漬時間為0.5~1h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,所述碳源與所述硅源的摩爾比為(0.1~1):1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,所述硅源由硅粉和二氧化硅粉復(fù)配制得,所述硅粉與所述二氧化硅粉的摩爾比為1:(0.25~4);所述碳源包括炭黑、石墨、碳納米管和活性炭中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的sic納米線改性多孔碳油水分離膜的制備方法,其特征在于,所述程序升溫反應(yīng)過程中,真空度為10-2000pa,以10~20℃/min的速率升溫至1200~1600℃,保溫20min~50min。
10.一種sic納米線改性多孔碳油水分離膜,由權(quán)利要求1-9任一項所述的制備方法制備得到。