Ag-TiO2-殼聚糖改性濾膜在油水分離中的應(yīng)用

楊水珍 陳 奇 余宗學(xué) 高 寧

（1西南石油大學(xué) 四川南充 610500 2中國石化北海煉化有限責(zé)任公司 廣西北海 536016）

引言

膜技術(shù)是20世紀(jì)新興的最優(yōu)的一種水處理技術(shù)[1]，它在油水分離的科研領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸展現(xiàn)出它強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?。但是，隨著工業(yè)的發(fā)展一個(gè)較為突出地問題出現(xiàn)在科研工作者的眼前，那就是通常含油工業(yè)廢水是強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性環(huán)境,這使得傳統(tǒng)的膜技術(shù)水處理方法對(duì)于此類污水分離很難達(dá)到一個(gè)較好的效果[2]。近年來，濾紙作為一種濾膜，具有成本低，來源廣泛，對(duì)環(huán)境無污染，同時(shí)還可以通過表面的化學(xué)改性來減少表面羥基的數(shù)量或者引入新的極性官能團(tuán)增加一些新的化學(xué)性能[3-4]。本論文探究了一種新型的耐酸堿的改性濾紙復(fù)合膜材料，同時(shí)研究其的耐酸堿性和油水分離。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)試劑:殼聚糖（脫乙酰度>90%），定性濾紙，戊二醛，乙酸，聚乙烯吡咯烷酮（PVPK30），石油醚和十二烷基硫酸鈉（SDS）都是來自成都科龍?jiān)噭S；硝酸銀（AgNO3）來自天津大茂化學(xué)試劑廠。

實(shí)驗(yàn)儀器：SCM 300型超濾杯，上海斯納普公司產(chǎn)品；XEDSPJ型接觸角測(cè)量儀，德國KRUSS公司產(chǎn)品；JSM-7500F型掃描電子顯微鏡(SEM)，日本電子公司產(chǎn)品；UV-1800型紫外分光光度計(jì)，日本島津公司產(chǎn)品。

1.2 Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜的制備

（1）制備Ag-TiO2納米材料:將0.816g硝酸銀溶解于20ml蒸餾水，然后加入20ml TiO2乙醇混合液，加入100ml聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液后，在70°C下攪拌反應(yīng)7h，離心，洗滌，干燥得到Ag-TiO2納米材料。

（2）取一定量的Ag-TiO2/水/乙醇溶液，將定性濾紙(平均孔徑10微米)浸漬于上述混合液中，超聲分散1小時(shí),室溫下自然晾干，然后將濾紙?jiān)?0℃下定量的殼聚糖醋酸溶液中，1小時(shí)后，浸入40℃的戊二醛溶液中1小時(shí)。最后，用丙酮洗滌濾紙，在室溫下晾干即可得Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜。

2 結(jié)果與討論

2.1 Ag-TiO2納米材料的微觀形態(tài)的表征

Ag-TiO2納米顆粒的透射電鏡（TEM）和掃描電鏡（SEM）如圖2(a)和2(b)所示。圖2(a)中可以直觀地看到兩種顏色不同的微球形狀物質(zhì)，顏色較深的為Ag，較淺的為TiO2，黑色顆粒分散均勻并且這兩種物質(zhì)緊緊地包覆在一起，由此證明了所制備的Ag-TiO2是制備成功的。圖2(b)為Ag-TiO2納米顆粒的SEM圖，可以發(fā)現(xiàn)Ag-TiO2納米顆粒分散較好，成顆粒狀。圖2（c）是Ag-TiO2納米顆粒的EDS圖譜，其中該復(fù)合材料主要由Ti，Ag和O這三種元素組成，這進(jìn)一步證明成功制備了Ag-TiO2納米材料。

圖 1 Ag-TiO2納米材料的（a）TEM圖像；（b）SEM；(c)EDS

2.2 Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜形態(tài)特征

圖3 是Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜的SEM（a）和EDS元素分析（b）圖像。從圖中我們可以清晰地看到Ag-TiO2納米材料較為均勻地分布在膜的表面上，以及改性濾紙中含有31%的C元素，11%的O元素，24%的Ag元素和23%的Ti元素。綜上所知，Ag-TiO2顆粒成功地負(fù)載在濾紙上，即證明了Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜的成功制得。

圖2 (a)Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像；圖2(b)Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜的EDS元素分析

2.3 耐酸堿性能

為了測(cè)試Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜的耐酸和耐堿性能，圖3(a)是在濾紙的表面滴加一滴濃硫酸液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%）后間隔一分鐘的照片以及用大量純水沖洗濾紙后的照片（3(b)），圖3(c)為濃度為10moL/L的堿液中浸泡7天后洗滌后的照片。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與未改性的濾紙作比較，改性濾紙復(fù)合膜不易被濃硫酸腐蝕，同時(shí)還能在高濃度地酸性環(huán)境中保持完好。

圖3 （a）濾紙和Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜在濃硫酸環(huán)境下的照片;（b）用蒸餾水清洗后的未改性和改性濾紙的照片;（c）原濾紙和Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜浸泡在濃堿的前后對(duì)比照片

2.4 油水乳液分離性能

本文采用的油水乳液是體積比為1:100的柴油/水和石油醚/水乳液混合物然后分別添加中十二烷基苯磺酸鈉（SDS）使其濃度為0.2mg/mL，最后在室溫下超聲乳化0.5小時(shí)。將改性濾紙復(fù)合膜放置在兩個(gè)玻璃管之間，乳液倒入上部裝置中，當(dāng)乳液一接觸到該改性濾紙的表面，水分子能快速滲透，而油不能。這是由于殼聚糖表面上的大量羥基以及Ag-TiO2納米顆粒強(qiáng)烈的表面效應(yīng)，提高了親水性。

圖4 （a）Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復(fù)合膜對(duì)兩種油水乳液的分離效率（b）丁達(dá)爾現(xiàn)象圖像和乳液的顯微圖像（（1）SDS/柴油 /水、（2）SDS/石油醚 /水）以及其濾液）

結(jié)語

本文成功地制備了一種新型的耐酸堿的改性濾紙復(fù)合膜材料，將該復(fù)合膜用于油乳液廢水的分離，該復(fù)合膜對(duì)于油水乳液的分離效率可達(dá)95%以上，這表明其具有較好的分離油水乳液的性能。