一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法与流程

本发明涉及油水分离气凝胶领域，特别涉及一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球工业的发展、人口的增长和城市化进程的加快，水污染日益严重，特别是含有有机污染物和染料等复杂成分的工业含油废水，对人类健康和环境构成了极大的威胁。然而，传统的撇油、吸油、浮选等分离方法分离成本高，分离效率低，难以应用于复杂污水系统的处理。近年来，膜分离技术因其能耗低、效率高、易于操作、适于大规模生产等优点而受到广泛关注。研究人员制备了大量的膜，如织物、网状、泡沫和聚合物膜，并在各个方面测试了它们的分离性能。其中，高分子膜因其柔韧性好、力学性能强、易于表面改性等优点，在过滤膜领域得到了广泛的研究和应用。然而，传统熔喷技术制备的高分子膜孔隙结构不足，导致渗透通量低，严重限制了其在复杂废水处理过程中的进一步发展。一般来说，静电纺丝技术可以有效地解决这个问题。然而，高压危险、复杂的工况、低产量和有限的使用寿命也对其应用产生了很大的影响。因此，目前急需一种简单、绿色、经济的技术方法制备性能优异的聚合物膜。气流纺丝是一种新型纳米纤维制备技术，以其产量高、制备时间短、原料适用性广、操作安全、设备简单、应用价值高等优点著称。此外，气流纺丝得到的膜还具有孔径可控、比表面积高、孔隙率高等特点，在含油废水分离中的应用具有广阔的发展潜力。

2、膜分离过程中的另一个主要问题是膜污染。由于静电吸引、疏水作用等问题，污染物容易吸附在膜表面，影响膜的性能和寿命。为了解决这个问题，已经出现了许多物理和化学方法来清洁膜的表面。然而，这些方法需要处理较长时间并消耗大量的资源。因此，有必要设计一种简单且高效的方法来构建具有防污和自清洁性能的膜材料。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，解决了上述背景技术中所存在的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，包括以下步骤：

5、s1、将 6.0 g pan 溶解在 44 ml dmf 中，并在室温下搅拌 10 小时，获得 10wt%均相 pan 溶液；

6、s2、将s1得到的溶液填充到装有自制同轴针头的注射器中；

7、s3、将膜从接收器上取下，去除残留溶剂后，获得所需的pan纤维膜；

8、s4、在pan膜表面合成pda-pei，将0.606g tris，0.2 g bpei， 0.2 g pda ，0.125g cuso4·5h2o和15 ml 0.1 m hcl混合溶解在85 ml h2o中，然后将制备好的纤维膜浸入溶液中，加入0.2 ml h2o2作为催化剂促进反应并进行振荡，随后将样品洗净、烘干，得到pan/pda-pei，并且重复过程获得多层pda-pei膜；

9、s5、将pan/pda-pei纳米纤维膜浸入fecl3·6h2o溶液中3 h，形成fe3+-pda复合物；

10、s6、将10 mm hcl溶液加入上述溶液中；

11、s7、取出样品，用去离子水清洗后，在60 °c下干燥得到β-feooh/pda-pei/pan膜。

12、更进一步的，通过溶液纺丝法制备pan纤维膜，并在其上原位生成pda-pei复合层，最后通过浸渍和水热法引入β-feooh纳米粒子，其中，pan提供基底，pda-pei赋予膜表面丰富的活性基团，提高其亲水性并促进后续反应；β-feooh纳米粒子则引入疏油性，使其具备高效分离油水混合物的能力。

13、更进一步的，所述s2中内针的规格为 22g，而外针的规格为 18g，推进泵速度设置为 3 ml/h，气流速率控制在 9 l/min，尖端和接收器之间的距离为 16 cm，接收器滚筒转速为200 rpm，推进泵通过泵将水流加速，‌然后通过喷嘴将高速水流喷出，‌产生反作用力推动水流，具有更高的效率和更低的噪音。

14、更进一步的，所述s3中将膜从接收器上取下后，在60 °c下干燥12小时以去除残留溶剂，以确保溶剂的有效去除，‌同时避免对样品造成损害。

15、更进一步的，所述s4中振荡器以80 rpm的速度振荡4 h，加入0.2ml的h2o2作为催化剂并进行振荡，‌以促进在pan膜表面合成pda-pei的反应。

16、更进一步的，所述s5中fecl3·6h2o溶液的浓度参数为18 mg/ml，fecl3·6h2o溶液中的铁离子（‌fe3+）与纳米纤维膜中的成分发生反应，会导致纳米纤维膜的表面性质、‌电荷状态或化学结构发生变化，增加纳米纤维膜的亲水性或改变其表面粗糙度，提升其过滤和‌吸附的效果，fe3+与纳米纤维膜中的成分相互作用，‌改变其表面电荷分布，‌影响其对带电粒子的吸附能力。

17、更进一步的，所述s6中将10 mm hcl溶液加入上述溶液后，在100°c下水热反应24小时。

18、（三）有益效果

19、本发明提供了一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，具备以下有益效果：

20、通过溶液纺丝法制备pan纤维膜，并在其上原位生成pda-pei复合层，最后通过浸渍和水热法引入β-feooh纳米粒子，其中，pan提供基底，pda-pei赋予膜表面丰富的活性基团，提高其亲水性并促进后续反应；β-feooh纳米粒子则引入疏油性，使其具备高效分离油水混合物的能力，进而实现快速清洁膜的表面；

21、通过吹纺技术制备pan 纳米纤维膜，在膜上生成 pda-pei 层并用 β-feooh 装饰膜。制备了β-feooh/pda-pei/pan纳米纤维膜。多孔结构和大量的亲水基团大大提高了膜的亲水性，负载的β-feooh纳米棒增加了膜表面的粗糙度，增强膜的水下超疏油能力，此外，由于β-feooh的存在，β-feooh/pda-pei/pan也表现出较高的有机染料去除效率。低油粘附和光催化的协同作用增强了材料的防污和自清洁性能。

22、通过fecl3·6h2o溶液中的铁离子（‌fe3+）与纳米纤维膜中的成分发生相互作用，‌这些相互作用会导致纳米纤维膜的表面性质、‌电荷状态或化学结构发生变化，增加纳米纤维膜的亲水性或改变其表面粗糙度，‌这有助于提升其在过滤、‌吸附等领域的应用效果，fe3+与纳米纤维膜中的成分相互作用，‌改变其表面电荷分布，‌影响其对带电粒子的吸附能力，进而提高清洁和分离的效率。

技术特征：

1.一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，其特征在于：通过溶液纺丝法制备pan纤维膜，并在其上原位生成pda-pei复合层，最后通过浸渍和水热法引入β-feooh纳米粒子，其中，pan提供基底，pda-pei赋予膜表面丰富的活性基团；β-feooh纳米粒子则引入疏油性。

3.根据权利要求1所述的一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，其特征在于：所述s2中内针的规格为 22g，而外针的规格为 18g，推进泵速度设置为 3 ml/h，气流速率控制在 9 l/min，尖端和接收器之间的距离为 16 cm，接收器滚筒转速为200 rpm，推进泵通过泵将水流加速，‌然后通过喷嘴将高速水流喷出，‌产生反作用力推动水流。

4.根据权利要求1所述的一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，其特征在于：所述s3中将膜从接收器上取下后，在60 °c下干燥12小时以去除残留溶剂。

5.根据权利要求1所述的一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，其特征在于：所述s4中振荡器以80 rpm的速度振荡4 h，加入0.2ml的h2o2作为催化剂并进行振荡。

6.根据权利要求1所述的一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，其特征在于：所述s5中fecl3·6h2o溶液的浓度参数为18 mg/ml，fecl3·6h2o溶液中的铁离子（‌fe3+）与纳米纤维膜中的成分发生反应。

7.根据权利要求1所述的一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，其特征在于：所述s6中将10 mm hcl溶液加入上述溶液后，在100°c下水热反应24小时。

技术总结
本发明涉及油水分离气凝胶领域，且公开了一种用于油污废水净化的分离膜及其制备方法，包括以下步骤：S1、将6.0 g PAN溶解在44 mL DMF中，搅拌获得10 wt%均相PAN溶液，S2、将S1得到的溶液填充到注射器中，除残留溶剂后，获得所需的PAN纤维膜，通过吹纺技术制备PAN纳米纤维膜，在膜上生成PDA‑PEI层并用β‑FeOOH装饰膜，制备了β‑FeOOH/PDA‑PEI/PAN纳米纤维膜，多孔结构和大量的亲水基团大大提高了膜的亲水性，负载的β‑FeOOH纳米棒增加了膜表面的粗糙度，增强膜的水下超疏油能力，此外，由于β‑FeOOH的存在，β‑FeOOH/PDA‑PEI/PAN也表现出较高的有机染料去除效率，低油粘附和光催化的协同作用增强了材料的防污和自清洁性能，这种多功能膜表现出卓越的油水分离能力和良好的稳定性。该膜材料有望解决复杂废水处理问题。

技术研发人员：吴斌,陈星宇,付文涛,张光谱,孙宇峰,王飞,孙云辉,郭胜春,华颜聪,陈逸铭,徐莹,陈紫瑞,骆浩强
受保护的技术使用者：中电建（南京）工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5