油水分離陶瓷膜表面疏水改性方法研究進(jìn)展

王炳威, 黎 想, 張瑛潔,2, 程喜全,2, 王 凱,2*

(1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 威海 264209;2. 中歐膜技術(shù)研究院, 威海 264209)

由于石油、食品、交通運(yùn)輸業(yè)、紡織業(yè)、鋼鐵等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,以及時(shí)常發(fā)生的海上漏油事故,廢油排放量迅速增加[1-5].廢油含有較多的有毒有害物質(zhì),如果不加以處理隨意排放,極容易造成環(huán)境污染和破壞,并且威脅人體健康,造成資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失[6].除了廢油回收與處理外,油水分離在有機(jī)物的提純、石油化學(xué)加工、原油生產(chǎn)等領(lǐng)域同樣有重要應(yīng)用.傳統(tǒng)的油水分離技術(shù)主要采用重力分離、混凝、破乳、吸油撇油、生物降解、絮凝吸附、離子交換等常規(guī)分離工藝[7].然而,這些方法缺點(diǎn)明顯,比如成本高、占地面積大、分離設(shè)備復(fù)雜、分離過程使用有毒化合物以及容易造成二次污染等[8-10].因此,對(duì)于高效、快速地分離油水混合物,尤其是油包水乳狀液分離方法的研究已經(jīng)成為化工和環(huán)境領(lǐng)域的重要課題.

近年來,膜分離技術(shù)作為處理污水的新型技術(shù)之一被廣泛研究和應(yīng)用[11-13],此技術(shù)相較其他技術(shù)具有多方面優(yōu)勢(shì),如選擇性強(qiáng)、能耗低、應(yīng)用范圍廣、環(huán)境友好、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等.油水分離膜根據(jù)材料可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜兩類,有機(jī)膜在科學(xué)研究和商業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.與有機(jī)膜相比,無機(jī)陶瓷膜化學(xué)和熱穩(wěn)定性強(qiáng),具有優(yōu)異的耐污和抗壓性能,易于清洗、機(jī)械強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)[14],因此,人們對(duì)于使用陶瓷膜進(jìn)行油包水乳狀液分離的研究產(chǎn)生了興趣[15-18].疏水改性可增強(qiáng)陶瓷膜對(duì)油的潤(rùn)濕性能,提升油包水乳液的分離效率,增強(qiáng)膜的化學(xué)穩(wěn)定性和耐用性.

1 疏水改性背景

最近幾年,人們的研究焦點(diǎn)聚集在通過對(duì)陶瓷膜表面改性從而提高分離性能、增加通量和增強(qiáng)耐污染性能上[17-20].從油包水乳液中分離出油是油水分離的重要環(huán)節(jié),油包水(W/O)乳液體系的形態(tài)是水以小液滴的形式分散于油中,水是內(nèi)相或分散相,油是外相或分散介質(zhì).膜分離過程中的膜污染現(xiàn)象導(dǎo)致滲透通量及截留率隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而下降,縮短膜的使用壽命,限制了膜分離技術(shù)的應(yīng)用[21].對(duì)陶瓷膜表面的改性可以提高膜的特定選擇性和分離效果,減少膜表面與不必要進(jìn)料分子之間的相互作用,從而在一定程度上減少膜污染.分離油包水乳狀液通常選擇疏水膜,利用膜表面的疏水親油特性,允許油滴通過,截留水滴,從而達(dá)到油水分離的效果[22].

在表面能低的表面,水分子具有較大的表面張力使水滴表面有收縮到最小的趨勢(shì),不易在陶瓷膜表面鋪展.因此,表面能低的物質(zhì)疏水效果更好.Young’s方程量化了完美表面的潤(rùn)濕行為[23];Wenzel將表面粗糙度的概念引入了潤(rùn)濕行為理論得到改進(jìn)的楊氏方程,該模型表明隨著粗糙度增加,親水表面的親水性增強(qiáng),疏水表面的疏水性增強(qiáng)[24];Cassie-Baxter模型表明,對(duì)于具有非均勻表面的多孔膜,空氣被困在孔隙中,導(dǎo)致液滴無法完全潤(rùn)濕固體表面.膜表面粗糙度的增強(qiáng)會(huì)增加空氣含量,減少液體與膜表面的接觸面積,提高表面的疏水性[25].通過楊氏方程、溫澤爾方程和卡西-巴克斯特方程給出的理論,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,固體表面疏水效果是由表面粗糙度和化學(xué)性質(zhì)相互作用的結(jié)果.

2 陶瓷膜表面疏水改性

陶瓷膜表面疏水改性通常通過結(jié)合或者附著疏水材料,選擇較低的表面能、合適的粗糙度和表面結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),比如利用硅烷[17]或者硫醇[26]等提供表面化學(xué)性質(zhì),微米或納米結(jié)構(gòu)的引入獲得粗糙度較好的表面,提高膜表面的疏水效果,增強(qiáng)分離性能[27].陶瓷膜表面疏水改性常用方法有3種:浸漬法、溶膠凝膠法以及化學(xué)氣相沉積法.

2.1 浸漬法

浸漬法(Impregnation method)無需特殊設(shè)備,只需將原始陶瓷膜直接浸泡在疏水性物質(zhì)溶液中,方法簡(jiǎn)便直接,容易操作,成本較低[28].使用浸漬法對(duì)陶瓷膜表面進(jìn)行疏水改性,通常是利用疏水性物質(zhì)含有的官能團(tuán)與陶瓷膜表面羥基通過縮合反應(yīng)進(jìn)行連接.以硅氧烷作改性劑為例,浸漬法操作步驟為:將有機(jī)硅烷溶解在水或乙醇等溶劑中進(jìn)行水解,獲得具有反應(yīng)活性的硅醇溶液;將預(yù)處理的陶瓷膜浸泡在該溶液中,反應(yīng)性硅烷分子可被吸附在膜表面,從而獲得具有疏水特性的膜[28-29].浸漬法改性技術(shù)路線如圖1所示.

圖1 浸漬法改性技術(shù)路線圖[30]Fig.1 Impregnation modification technology roadmap[30]

使用浸漬法對(duì)陶瓷膜進(jìn)行疏水改性可直接獲得疏水性較好的表面.Fu等[31]使用自制的飛灰陶瓷膜(主要成分SiO2、Al2O3、羥甲基纖維素、糊精等)預(yù)處理后直接浸泡在1H,1H,2H,2H-全氟十八烷基三乙氧基硅烷(FC8)乙醇溶液中,洗凈烘干后完成疏水改性,改性前的飛灰陶瓷膜由于表面的羥基和多孔結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為親水性,而表面接枝了FC8降低了表面能后,改性膜表現(xiàn)為超疏水性,接觸角達(dá)151°,滑動(dòng)角為11.3°,且該疏水改性陶瓷膜具有良好的自潔性能、機(jī)械強(qiáng)度和耐酸堿性能.

疏水效果是膜表面粗糙度和表面能共同作用的結(jié)果,在對(duì)陶瓷膜進(jìn)行疏水改性的研究中,通常先在陶瓷膜表面提供一定的粗糙微納米結(jié)構(gòu),再對(duì)其進(jìn)行低表面能的修飾.Wang等[32]采用水熱法在陶瓷中空纖維膜表面生長(zhǎng)氧化鋅納米棒構(gòu)建表面粗糙結(jié)構(gòu),再將膜浸漬在1H,1H,2H,2H-全氟十二烷基三乙氧基硅烷(PDTS)的乙醇溶液中,通過Si-O-Zn鍵的連接,獲得疏水改性的陶瓷膜.未引入氧化鋅納米棒,只浸漬PDTS進(jìn)行改性的陶瓷中空纖維膜(P-CHF)的水接觸角為142.96°,而通過引入氧化鋅納米棒提高粗糙度后再進(jìn)行疏水改性的陶瓷中空纖維膜(P-ZN-CHF)的水接觸角可達(dá)160.12°,表現(xiàn)出超疏水性.該研究結(jié)果表明在采用同種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行疏水改性時(shí),較高的表面粗糙度更有利于膜表面達(dá)到Cassie-Baxter模型的狀態(tài),可大大提高膜的疏水效果.Wei等[33]通過采用化學(xué)浴沉積法,在碳化硅復(fù)合陶瓷膜的表面生長(zhǎng)了不同尺寸的納米氧化鋅薄膜,并在薄膜表面形成了可調(diào)節(jié)的微納米層次化結(jié)構(gòu).完成陶瓷膜表面微觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建后,將該膜浸漬在正辛基三乙氧基硅烷接枝液中疏水改性.該項(xiàng)研究闡明了陶瓷膜表面層次化結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性能和分離性能的機(jī)理,為通過調(diào)整氧化鋅納米晶實(shí)現(xiàn)碳化硅復(fù)合陶瓷膜的疏水改性提供了新的策略.

在浸漬法疏水改性中,改性劑種類、改性劑濃度、浸漬時(shí)間和浸漬次數(shù)都會(huì)對(duì)改性結(jié)果產(chǎn)生直接影響.Yang等[30]使用1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷(PFAS)和1H,1H,2H,2H-全氟正辛基三乙氧基硅烷(PFDS)作為疏水改性試劑,探究了膜疏水性隨改性劑、光引發(fā)劑和紫外線照射的變化.結(jié)果表明,使用紫外光接枝氟烷基硅烷后,水接觸角從46°增加到了159°,最佳改性劑濃度為0.01mol/L,最佳改性次數(shù)為5次,濃度較低或次數(shù)過少會(huì)導(dǎo)致接枝不完整,疏水改性效果較差;而濃度過高或次數(shù)過多會(huì)導(dǎo)致改性劑自聚合或進(jìn)一步積累,從而降低粗糙度,使得疏水改性效果以及分離通量下降.

除使用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行改性外,硫醇也是降低膜表面能的優(yōu)選物質(zhì).Gao等[26]以CuSO4/H2O2作為觸發(fā)劑,在陶瓷膜表面沉積聚多巴胺涂層,并誘導(dǎo)銀離子金屬化生成銀納米顆粒,在膜表面構(gòu)建微觀納米結(jié)構(gòu)增加粗糙度,然后接枝十六烷硫醇后完成疏水改性.該改性膜表現(xiàn)出對(duì)水滴的非粘附性,滑動(dòng)角為5°;在一系列溶劑中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,并在油包水型乳狀液的過濾中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐污染性能.

綜上所述,使用浸漬法對(duì)陶瓷膜表面進(jìn)行疏水改性的操作及步驟較為簡(jiǎn)單,硅氧烷作為改性劑的反應(yīng)過程通常為硅烷偶聯(lián)劑中的Si-OH與陶瓷膜表面的 -OH反應(yīng)形成Si-O-Si鍵,從而在膜表面構(gòu)建活化固定性分子,提高陶瓷膜的疏水性和化學(xué)穩(wěn)定性;而使用硫醇對(duì)陶瓷膜進(jìn)行疏水改性則需先在膜表面附著一層反應(yīng)性涂層,如聚多巴胺涂層等,再進(jìn)行后續(xù)的接枝反應(yīng).使用浸漬法對(duì)陶瓷膜進(jìn)行疏水改性受改性劑種類、改性劑濃度、浸漬時(shí)間、浸漬次數(shù)以及陶瓷膜表面的粗糙度影響較大,且由于發(fā)生反應(yīng)的低表面能物質(zhì)數(shù)量取決于自身濃度及陶瓷膜表面羥基數(shù)量,因此該方法對(duì)陶瓷膜表面具有反應(yīng)活性的羥基也有較大依賴性[34].

2.2 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法(Sol-gel technique)以含高化學(xué)活性組分的化合物作為前驅(qū)體,在液相下將這些原料均勻混合,經(jīng)過水解、縮合等化學(xué)反應(yīng),在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系,溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合,形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠,凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料[35-37].使用溶膠-凝膠法對(duì)陶瓷膜進(jìn)行疏水改性,可在膜表面形成較大的粗糙結(jié)構(gòu),且可直接結(jié)合低表面能化學(xué)物質(zhì).在溶膠溶液中較早引入有機(jī)硅烷可能會(huì)導(dǎo)致形成大體積聚合物,從而導(dǎo)致改性效果較差[38].溶膠-凝膠法技術(shù)路線如圖2所示.

圖2 溶膠凝膠法改性技術(shù)路線圖[39-40]Fig.2 Sol-gel modification technology roadmap[39-40]

采用溶膠-凝膠法對(duì)陶瓷膜進(jìn)行改性可獲得疏水效果良好、附著能力強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定的疏水陶瓷膜.Huang等[41]用氟化單分子膜對(duì)氧化物納米顆粒進(jìn)行修飾,配制了二氧化硅/氧化鋁納米顆?；旌夏z溶液,將凝膠直接涂覆在氧化鋁膜上,干燥后形成超疏水涂層,水接觸角可達(dá)158°.該方法無需高溫?zé)Y(jié)即可在陶瓷膜上形成孔徑可控的超疏水涂層,且該涂層附著力良好,具有較好穩(wěn)定性.Geng等[42]將異丙醇鋁、乙酸乙酯和異丙醇按比例混合,制備乙酰乙酸乙酯和異丙醇鋁的絡(luò)合溶液.再經(jīng)過硝酸調(diào)節(jié)pH后,老化得到氧化鋁溶膠.采用浸漬拉伸法將溶膠鍍?cè)谔沾苫迳?烘干后得到粗糙的氧化鋁薄膜表面,再用硬脂酸和環(huán)己烷混合物進(jìn)行改性,得到疏水陶瓷膜.

溶膠-凝膠法可一次性在陶瓷膜表面形成粗糙結(jié)構(gòu)并賦予低表面能性質(zhì),獲得的超疏水表面穩(wěn)定性良好.Hashjin等[43]采用正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷作為溶膠基質(zhì),三乙氧基辛基硅烷為低表面能前驅(qū)體,氣相二氧化硅納米顆粒產(chǎn)生粗糙度,制備了水接觸角為160°,滑動(dòng)角<1°的超疏水表面.該超疏水表面在加速老化條件下,壽命提高了一倍,且經(jīng)過3次剝離試驗(yàn)和26 min連續(xù)漿料侵蝕后,涂層仍保持其疏水性.該研究采用非氟基材料和無毒溶劑的低溫工藝,具有環(huán)境友好的特性.Wang等[44]通過使用十六烷基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯制備溶膠凝膠,并將淀粉冷凍凝膠浸漬在該溶膠中制備了超疏水淀粉基吸附劑(HTSC),通過水解縮合反應(yīng),該吸附劑同時(shí)具有低表面能和層次化的微納米結(jié)構(gòu),水接觸角>153°,滑動(dòng)角<8.0°,且具有良好的自潔性、防污性和化學(xué)穩(wěn)定性.該超疏水超親油淀粉基吸附劑也具有較好的吸油性能(2.6～7.5 g/g),可用于水下和水面的除油,在溢油清理中具有良好的應(yīng)用前景.

溶膠-凝膠法二次燒結(jié)時(shí)的溫度對(duì)陶瓷膜的微觀結(jié)構(gòu)及改性效果有較大影響.Zheng等[45]采用溶膠-凝膠法在陶瓷表面制備納米結(jié)構(gòu)涂層,通過制備二氧化硅溶膠,探究不同焙燒溫度對(duì)改性的影響.結(jié)果表明,焙燒溫度500 ℃以下時(shí),溫度低于涂層的熔融溫度,涂層無法流動(dòng),顆粒分布不均,且焙燒的涂層與基材的結(jié)合強(qiáng)度較低,涂層易剝落;800 ℃時(shí)處于釉層的熔化溫度,具有良好的流動(dòng)性,可使二氧化硅顆粒在熔體中均勻分布,冷卻后結(jié)合牢固,具有一定的強(qiáng)度;而當(dāng)溫度升高到900 ℃以上時(shí),涂層熔融變?yōu)橐后w,無法形成粗糙結(jié)構(gòu).

綜上所述,與其他方法相比,溶膠-凝膠法可制備出穩(wěn)定且分離效果好的疏水表面,但該方法需要較長(zhǎng)時(shí)間制備溶膠溶液,過程中有可能形成大分子聚合物,影響改性效果.一般涂覆完成后還需二次燒結(jié),工藝較為繁瑣,且二次燒結(jié)時(shí)溫度過高會(huì)破壞膜層結(jié)構(gòu),降低膜的疏水性及穩(wěn)定性.改性膜孔徑會(huì)隨著溶膠凝膠涂覆的次數(shù)及時(shí)間增加而減小.此外,溶膠劑對(duì)膠體制備過程中膠體的形成有重要影響,進(jìn)而影響成膜質(zhì)量.涂覆時(shí)間和次數(shù)是膠體涂覆的主要影響因素,時(shí)間影響成膜質(zhì)量,次數(shù)影響成度.環(huán)境溫度和濕度是凝膠干燥的主要影響因素,而升溫速度、煅燒溫度和煅燒時(shí)間是二次燒結(jié)的主要影響因素[21].目前可通過減少高溫?zé)Y(jié)步驟、一次性在膜層表面形成粗糙結(jié)構(gòu)并結(jié)合低表面能物質(zhì)等方式簡(jiǎn)化工藝,減少高溫對(duì)膜層結(jié)構(gòu)的破壞.

2.3 化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD)利用氣相反應(yīng)物在基材表面沉積后形成具有特定化學(xué)性質(zhì)的固態(tài)膜.該方法具有薄膜組成可控、制備膜層重復(fù)性好、膜層均勻、適用范圍廣、不受基材形狀限制以及對(duì)基體材料無損害等優(yōu)點(diǎn),是改變膜表面性能和微觀結(jié)構(gòu)的有效方法[46-48].使用該方法對(duì)陶瓷膜進(jìn)行疏水改性時(shí),需將陶瓷膜置于密閉容器中,在有機(jī)硅烷的沸點(diǎn)溫度下加熱足夠長(zhǎng)時(shí)間.通入有機(jī)硅烷蒸氣與陶瓷膜表面的羥基發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)原理與浸漬法相同.一般情況下,為了使有機(jī)硅烷試劑可以充分利用,需選擇與陶瓷膜片尺寸相近的封閉容器,使得有機(jī)硅烷蒸氣可與陶瓷膜的接觸及反應(yīng)最大化.化學(xué)氣相沉積法技術(shù)路線如圖3所示.

圖3 化學(xué)氣相沉積技術(shù)路線圖[22,49]Fig.3 Chemical vapor deposition technology roadmap[22,49]

化學(xué)氣相沉積法是在膜表面制備微納米顆粒及納米棒,形成有序微觀結(jié)構(gòu)的首選工藝.Liu等[50]采用化學(xué)氣相沉積聚二甲基硅氧烷(PDMS),將疏水涂層與改性氧化鋁陶瓷粉末的乳液輔助模板自組裝相結(jié)合,制備了大孔疏水陶瓷膜.該膜的水接觸角為153.04°,滑動(dòng)角4.5°,油接觸角為0°,具有優(yōu)異的油水分離性能,對(duì)油包水乳液的分離效率高達(dá)99.98%.

化學(xué)氣相沉積法可在陶瓷膜基底上修飾具有疏水性的無機(jī)物質(zhì),獲得化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性能較有機(jī)試劑修飾改性更好的陶瓷膜.六方氮化硼表面能較低且表面結(jié)構(gòu)粗糙,具有疏水性,其靜態(tài)疏水角可達(dá)145°.Qian等[53]采用CVD制備氮化硼,用含硼元素和氮元素的原料,在高溫下汽化變成氣體,在β-Sialon陶瓷膜表面生長(zhǎng)表面疏水的六方氮化硼薄膜,修飾后的β-Sialon陶瓷膜表面出現(xiàn)了納米級(jí)的纖維狀結(jié)構(gòu),且隨著反應(yīng)溫度的提高,表面纖維狀結(jié)構(gòu)增加,水接觸角先增加后降低,在1 200 ℃時(shí)最大水接觸角達(dá)145.31°,在氮?dú)鈮毫_(dá)到0.15 MPa之前,無法測(cè)量BN修飾后的陶瓷膜的水通量.氮化硼和陶瓷膜用CVD法在高溫中煅燒未分解,同時(shí)用不同性質(zhì)的溶液對(duì)陶瓷膜浸泡處理,測(cè)得接觸角在142°～146°,良好的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性確保修飾后的陶瓷膜具有穩(wěn)定的疏水效果.

化學(xué)氣相沉積法可一次性在多種襯底上提供粗糙度及低表面能物質(zhì)以制備超疏水表面,催化劑的加入可使反應(yīng)溫度大大降低.Rezaei等[54]以正硅酸乙酯(TEOS)和乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)為低表面能修飾分子,氨作為催化劑,在玻璃、硅膠和鋁板上采用一步化學(xué)氣相沉積法制備超疏水表面,并與傳統(tǒng)的溶膠法進(jìn)行對(duì)比.結(jié)果表明,采用一步化學(xué)氣相沉積法在3種襯底上均可制備超疏水表面(水接觸角175°,滑動(dòng)角2.5°),比溶膠法疏水效果更好(水接觸角158°,滑動(dòng)角3.6°),且十次水洗后仍保持原有的超疏水性質(zhì).該項(xiàng)研究表明同時(shí)采用化學(xué)氣相沉積和修飾二氧化硅納米顆粒是一種切實(shí)可行的方法,可同時(shí)在襯底表面實(shí)現(xiàn)粗糙度和低表面能的有效結(jié)合.氨催化劑的存在降低了反應(yīng)溫度,對(duì)溫度較為敏感的襯底也可以適用.

綜上所述,經(jīng)化學(xué)氣相沉積法疏水改性的陶瓷膜具有膜層均勻、穩(wěn)定性好、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)存在疏水膜層厚度薄,機(jī)械性能不足,在外力沖擊下易產(chǎn)生裂紋、氣泡等缺陷.水滴和污染物從裂紋滲透進(jìn)入膜層,破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu),降低膜層的疏水性能與穩(wěn)定性.部分參與沉積反應(yīng)的有機(jī)硅烷具有毒性,將對(duì)人體和環(huán)境造成危害.另外,該方法所需反應(yīng)溫度較高,隨之而來的高能耗與高成本限制其在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用.表1對(duì)3種改性方法的優(yōu)勢(shì)和局限做了簡(jiǎn)要對(duì)比.

表1 不同改性方法優(yōu)勢(shì)和局限對(duì)比

通過以上改性方法制備的陶瓷膜具有良好的疏水性能,在油水分離領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景,同時(shí)也有各自的局限性,而改性方法組合使用為油水分離和廢油廢水的回收提供了新的思路.如Xue等[55]采用溶膠-凝膠法在棉纖維表面制備二氧化鈦涂層形成粗糙結(jié)構(gòu),結(jié)合浸漬法在膜表面單獨(dú)或組合修飾低表面能物質(zhì)硬脂酸和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(PFTDS).Wang等[40]采用溶膠-凝膠法在木材表面制備二氧化硅納米顆粒并結(jié)合化學(xué)氣相沉積法以1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)為氣相反應(yīng)物對(duì)木材進(jìn)行表面疏水改性,其在陶瓷膜基材上應(yīng)用的可行性仍待探究.Su等[39]以正硅酸乙酯、氨水、水和乙醇為原料制備硅溶膠,將多孔陶瓷管在硅溶膠中浸泡多次后進(jìn)行二次燒結(jié),再將多孔陶瓷管浸泡在含聚氨酯-聚二甲基硅氧烷的乙酸乙酯溶液中,烘干后完成疏水改性,水接觸角為161.2°,將該改性陶瓷膜用于含油廢水中油的回收,回收率最高可達(dá)67.6%,分離速度可達(dá)1.6 g/min.未來需進(jìn)一步完善改性方法,提高油水分離的效率,探索疏水陶瓷膜大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的模式.

3 結(jié)語與展望

陶瓷膜疏水改性可以改善表面性質(zhì),提高陶瓷膜的分離效率和耐污染性能,對(duì)其在多種領(lǐng)域的應(yīng)用中具有重要意義.本文綜述了膜分離技術(shù)中疏水表面制備的相關(guān)文獻(xiàn),并對(duì)陶瓷膜表面疏水改性技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)論述.疏水膜層通過表面疏水性能截留水滴,使油性物質(zhì)滲透通過膜孔實(shí)現(xiàn)油水分離,結(jié)合陶瓷膜機(jī)械強(qiáng)度高、耐酸耐堿、耐高溫、再生性能突出等優(yōu)良性能,在油田采出水處理、船舶含油污水處理等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中具有廣闊前景.雖然各種陶瓷膜表面改性技術(shù)均可取得較好的效果,并在分離油水混合物方面有較大潛力,但制造成本、膜污染及長(zhǎng)期穩(wěn)定性問題限制了疏水陶瓷膜在油水分離領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用.未來可以在以下幾個(gè)方面探討研究:

1) 開發(fā)更高效、更穩(wěn)定的疏水改性材料以提高陶瓷膜的油水分離性能;探索成本更低、反應(yīng)條件更溫和、對(duì)環(huán)境更友好的疏水陶瓷膜制備工藝,拓寬疏水陶瓷膜在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景.

2) 深入研究改性陶瓷膜污染機(jī)理,研究開發(fā)抗污染性能強(qiáng)、反沖洗次數(shù)少的疏水陶瓷膜,為疏水陶瓷膜在油水分離領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用提供理論支撐.

3) 為防止改性陶瓷膜由于侵蝕或磕碰導(dǎo)致的疏水效果降低,有必要研究制備整體疏水的陶瓷膜,而不是疏水性能僅停留在陶瓷膜表面,對(duì)于提高陶瓷膜應(yīng)用的長(zhǎng)期穩(wěn)定性具有重要意義.