一種鐵?單寧酸骨架改性復合膜的制備方法及其用途與流程

本發明涉及一種鐵-單寧酸骨架改性復合膜的制備方法及其用途，屬環境功能材料制備技術領域。

背景技術：

基聚合物、聚酰胺以及聚酸砜和芳香族聚合物等，親水性膜具有耐污能力和較高的水通量等特點，已漸成為主要的濾膜材料。近年來，無機陶瓷膜制備及應用研究迅速發展在油水分離領域顯示出良好的應用前景。

吸附材料主要分為天然有機材料、無機材料和有機合成材料。天然的有機材料有纖維、紅麻、原棉、普通棉花等。天然的有機材料生物可降解性好，科研工作者的研究熱點一直是青睞高吸油倍率且低成本的材料。無機吸附材料主要有沸石、石墨、無機氣凝膠、無定型二氧化硅、活性炭、膨潤土等。無機礦物材料具有比表面積較大、成本較低、吸油倍率較高等優點。然而也有油水選擇性較差、浮力差、吸放油可逆性較差等缺點。通常都作為基底材料，需要改性后再使用。聚丙烯、樹脂、聚氨酯、橡膠類材料等有機的吸附材料使用較為頻繁，自身具有親油性和疏水性，油水選擇性好、吸油倍率高、方便溢油的回收等優點，但有機物不可降解，造成二次污染。

自科學家發現荷葉表面超疏水現象以來，超疏水表面得到了科學工作者的廣泛研究。超疏水材料的表面水滴接觸角一般要大于150°，具有極好的拒水自凈性能，基于超疏水表面的性質，可以將超疏水材料應用到油水分離中。而油水分離從原理上分析，屬于界面科學的研究范疇，材料表面具有浸潤性，不同材料的浸潤程度不同。迄今超親水-超疏油、超疏水-超親油和智能型油水分離材料研究比較廣泛。其中，超親水-水下超疏油材料由于油水分離效率高、不易被污染、環保等優點而備受關注。

研究發現，單寧酸(ta)是一種價格低廉且環境友好的多酚，廣泛地分布于植物組織中。ta也是一種多功能的涂層分子，它能夠與具有不同形狀和表面性質的基質發生強烈的鍵合，比如膜和顆粒物等。另外，ta能夠通過金屬離子和兒茶酚之間的相互作用與不同的金屬離子相結合，形成穩定的金屬離子-單寧酸骨架。有報導稱，鐵離子和單寧酸相互作用可以形成fe-ta和co-ta顆粒物，且顆粒物具有良好的親水性。利用單寧酸的這一特性，本發明以單寧酸和硝酸鐵為原料，通過簡單浸漬、自組裝法在不銹鋼網表面負載了鐵-單寧酸骨架，制備出超親水-水下超疏油膜材料。

技術實現要素：

本發明涉及一種鐵-單寧酸骨架改性復合膜的制備方法及其用途，通過有機-無機雜化制備出鐵-單寧酸骨架改性金屬網，該法制備的網膜材料表現出優異的超親水-水下超疏油性質，并能對油水混合物進行有效分離。

本發明以不銹鋼網為基底，通過簡單浸漬，自組裝法在不銹鋼網表面負載feⁱⁱⁱ-ta骨架，成功制備了feⁱⁱⁱ-ta改性復合膜，并將其用于油水混合物的分離。

本發明采用的技術方案是：

一種鐵-單寧酸骨架改性復合膜的制備方法及其用途，步驟如下：

配置鐵鹽溶液和單寧酸溶液，將鐵鹽溶液和單寧酸溶液混合，得到混合液；將不銹鋼網置于所述混合液中浸漬，浸漬完畢，取出烘干，制得鐵-單寧酸骨架改性復合膜的制備方法，記為feⁱⁱⁱ-ta改性復合膜。

所述鐵鹽溶液的濃度為1.0～15mg/ml。

所述單寧酸溶液的濃度為1.0～15mg/ml。

所述鐵鹽為fe(no3)3·9h2o。

所述浸漬時間為為3～10min。

所述烘干溫度為50～60℃，時間為3～5min。

所述鐵-單寧酸骨架改性復合膜用于油水混合物分離。

有益效果：

(1)本發明通過一步簡單浸漬、自組裝法，將feⁱⁱⁱ-ta復合物負載到金屬網表面，構造了有機-無機雜化粗糙結構。該制備方法操作過程簡單，且原料易得無污染，符合環境友好的理念。

(2)利用feⁱⁱⁱ-ta改性復合膜對油水混合物進行分離時，表現出優異的分離效果，且適用于多種油類，便于應用到復雜的油水環境。

(3)feⁱⁱⁱ-ta改性復合膜具有良好的穩定性和循環使用性，在重復分離100ml體積比為1：1的油水混合物15次后，依然保持良好的油水分離效率。

附圖說明

圖1是純不銹鋼網(a)和實施例5的feⁱⁱⁱ-ta改性復合膜(b-d)的sem圖。

圖2是實施例5的水下油滴接觸角示意圖。

圖3是純不銹鋼網(a)、實施例4(b)和實施例5(c)的xrd圖。

具體實施方式

為了闡明本發明的技術方案及技術目的，下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步的介紹。

實施例1：

步驟1：

將2×2cm的不銹鋼網用丙酮和無水乙醇超聲清洗，烘干，浸漬于20mlfe³⁺和ta的混合溶液，其中fe³⁺濃度為1.0mg/ml的混合溶液，ta濃度為1.0mg/ml，反應3min后，放入50℃的烘箱中干燥3min；得到feⁱⁱⁱ-ta-1改性復合膜，所述鐵鹽為fe(no3)3·9h2o。

步驟2：

將制得的feⁱⁱⁱ-ta-1改性復合膜固定到自制的油水分離裝置，用少量蒸餾水將網膜表面潤濕，然后將100ml體積比為1：1的己烷和水的混合溶液倒入搭好的裝置中。為了更準確地測定復合膜的油水分離效率，樣品被分為3份，且每個樣品測試3次。整個實驗過程在重力條件下進行。油水分離效率按以下公式計算：

其中r為分離效率，m0和mp分別為分離前后油的重量。

實驗結果表明feⁱⁱⁱ-ta-1改性復合膜具有優異的油水分離性能，其分離效率達到了98.6％。

實施例2：

步驟1：

將2×2cm的不銹鋼網用丙酮和無水乙醇超聲清洗，烘干，浸漬于20mlfe³⁺和ta的混合溶液，其中fe³⁺濃度為5.0mg/ml的混合溶液，ta濃度為5.0mg/ml，反應3min后，放入50℃的烘箱中干燥3min；得到5feⁱⁱⁱ-5ta-1改性復合膜。

步驟2：

將制得的5feⁱⁱⁱ-5ta-1改性復合膜固定到自制的油水分離裝置，按照實施例1中步驟2的操作進行油水分離實驗，實驗結果表明油水分離效率為99.0％。

實施例3：

步驟1：

將2×2cm的不銹鋼網用丙酮和無水乙醇超聲清洗，烘干，浸漬于20mlfe³⁺和ta的混合溶液，其中fe³⁺濃度為15mg/ml的混合溶液，ta濃度為15mg/ml，反應3min后，放入50℃的烘箱中干燥3min；得到15feⁱⁱⁱ-15ta-1改性復合膜。

步驟2：

將制得的15feⁱⁱⁱ-15ta-1改性復合膜固定到自制的油水分離裝置，按照實施例1中步驟2的操作進行油水分離實驗，用甲苯取代己烷，實驗結果表明油水分離效率為98.8％。

實施例4：

步驟1：

將2×2cm的不銹鋼網用丙酮和無水乙醇超聲清洗，烘干，浸漬于30mlfe³⁺和ta的混合溶液，其中fe³⁺濃度為5mg/ml的混合溶液，ta濃度為10mg/ml，反應5min后，放入55℃的烘箱中干燥4min；得到5feⁱⁱⁱ-10ta-2改性復合膜。

步驟2：

將制得的5feⁱⁱⁱ-10ta-2改性復合膜固定到自制的油水分離裝置，按照實施例1中步驟2的操作進行油水分離實驗，實驗結果表明油水分離效率為99.2％。

實施例5：

步驟1：

將2×2cm的不銹鋼網用丙酮和無水乙醇超聲清洗，烘干，浸漬于50mlfe³⁺和ta的混合溶液，其中fe³⁺濃度為5mg/ml的混合溶液，ta濃度為15mg/ml，反應5min后，放入55℃的烘箱中干燥4min；得到5feⁱⁱⁱ-15ta-3改性復合膜。

步驟2：

將制得的5feⁱⁱⁱ-15ta-3改性復合膜固定到自制的油水分離裝置，按照實施例1中步驟2的操作進行油水分離實驗，實驗結果表明油水分離效率為99.7％。

實施例6：

步驟1：

將2×2cm的不銹鋼網用丙酮和無水乙醇超聲清洗，烘干，浸漬于50mlfe³⁺和ta的混合溶液，其中fe³⁺濃度為10mg/ml的混合溶液，ta濃度為5mg/ml，反應10min后，放入60℃的烘箱中干燥5min；得到10feⁱⁱⁱ-5ta-2改性復合膜。

步驟2：

將制得的10feⁱⁱⁱ-5ta-2改性復合膜固定到自制的油水分離裝置，按照實施例1中步驟2的操作進行油水分離實驗，實驗結果表明油水分離效率為99.1％。

實施例7：

步驟1：

將2×2cm的不銹鋼網用丙酮和無水乙醇超聲清洗，烘干，浸漬于50mlfe³⁺和ta的混合溶液，其中fe³⁺濃度為15mg/ml的混合溶液，ta濃度為5mg/ml，反應10min后，放入60℃的烘箱中干燥5min；得到15feⁱⁱⁱ-5ta-3改性復合膜。

步驟2：

將制得的15feⁱⁱⁱ-5ta-3改性復合膜固定到自制的油水分離裝置，按照實施例1中步驟2的操作進行油水分離實驗，實驗結果表明油水分離效率為98.9％。

圖1是純不銹鋼網(a)和實施例5的feⁱⁱⁱ-ta改性復合膜(b-d)的sem圖，從圖中可以看出feⁱⁱⁱ-ta顆粒成功地負載到不銹鋼網表面，構造出粗糙的表面結構，與構建超親水-水下超疏油材料的關鍵因素相一致。

圖2是實施例5的水下油滴接觸角示意圖，feⁱⁱⁱ-ta改性復合膜的接觸角達到了153°。

圖3是純不銹鋼網(a)、實施例4(b)和實施例5(c)的xrd圖，圖中出現了明顯的feⁱⁱⁱ-ta峰，說明feⁱⁱⁱ-ta顆粒成功負載到不銹鋼網表面。