一种超亲水导电聚合物纳米纤维膜及其制备方法和应用

本发明涉及油水分离，具体涉及一种超亲水导电聚合物纳米纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、石油化工、皮革、制药、金属加工及食品加工等行业排出的含油废水是造成水生生态环境破坏的主要污染源之一。其中，含油废水中的乳化液主要为微米或纳米级液滴，液滴粒径小，且由于表面活性剂的存在具有动力学稳定性，处理难度最大，是含油废水处理中的重点和难点。

2、与其它处理技术相比，膜分离技术在处理高度稳定的乳化液方面具有低能耗、高效率、易于操作以及对环境友好等优势，但膜运行过程中会造成膜面或膜孔不可避免的油污染，导致过滤通量衰减，缩短膜的使用寿命，增加处理成本，限制了其工程化应用。

3、在膜面构建水合层使膜表现出水下超疏油性是抵抗油污染的有效解决方法。例如，cn113694746a公开了一种自清洁亲水膜，利用亲水性化学物质和微纳粗糙结构在膜面构建了增强的水合层，降低了油和膜面的接触。然而，分离表面活性剂稳定的乳化液时，表面活性剂包裹的油滴不断接触并润湿膜面，或亲水性物质覆盖率不能排斥所有尺寸分布从几十纳米到微米的乳化油的污垢时，油滴容易破坏水化层，仍会造成膜污染。

4、此外，超亲水膜主要基于尺寸筛分效应截留尺寸大于其孔径的油滴，对含表面活性剂的纳米级乳化液的分离仍存在一定挑战。cn112777689a公开了一种具有梯度结构的超亲水纳米纤维膜高效处理水包油乳化液的方法，该超亲水纳米纤维膜虽然能够实现高效油水分离，但其导电性较差、机械性能不高、可回用次数低，无法满足膜面长效抗污染的需求。

5、针对上述问题，提供一种在超亲水性和电场的耦合作用下能够避免油滴黏附到膜面，促进小油滴迁移聚并形成大油滴，利于“大”孔膜分离“小”油滴，并能够同时实现膜的高效抗污染性能以及良好的渗透和截留性能的超亲水膜具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中膜分离技术中的超亲水膜的抗污染性能低且对于纳米级乳化液的分离效果不理想的问题。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种超亲水导电聚合物纳米纤维膜，包括纳米纤维膜，以及包覆在所述纳米纤维膜表面的聚合物导电层，且所述超亲水导电聚合物纳米纤维膜的孔径范围为100-350nm，水接触角为7.4-31°，水下油接触角为159.6-165.7°，电导率为2.1-144.3 s/m；

3、所述超亲水导电聚合物纳米纤维膜为通过气相沉积法将导电聚合物单体聚合在纳米纤维膜表面得到的产物。

4、本发明第二方面提供一种制备超亲水导电聚合物纳米纤维膜的方法，该方法在气相沉积反应器中进行，包括：

5、（1）将纳米纤维膜于氧化剂的溶液中浸渍，在空气中干燥后得到预处理膜；

6、（2）在所述气相沉积反应器中，将所述预处理膜悬浮于装有导电聚合物单体的容器上方，并将所述容器在40-80℃下进行恒温水浴加热5-120min以进行气相沉积，得到超亲水导电聚合物纳米纤维膜；其中，控制所述导电聚合物单体的用量，使得在所述恒温水浴加热时，所述气相沉积反应器中的导电聚合物单体的蒸气压达到饱和。

7、本发明第三方面提供前述第二方面所述的方法制备得到的超亲水导电聚合物纳米纤维膜。

8、本发明第四方面提供前述第三方面所述的超亲水导电聚合物纳米纤维膜在电场辅助下分离纳米级水包油乳化液中的应用。

9、相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

10、本发明提供的超亲水导电聚合物纳米纤维膜能有效强化超亲水膜的抗污染性能，在分离纳米级乳化液中表现出优异的渗透和截留性能，且在经过简单处理后就能实现再利用，其能够处理多种表面活性剂、多种油浓度、多种表面活性剂浓度稳定的乳化液，且均能实现长效抗污染。

技术特征：

1.一种超亲水导电聚合物纳米纤维膜，其特征在于，包括纳米纤维膜，以及包覆在所述纳米纤维膜表面的聚合物导电层，且所述超亲水导电聚合物纳米纤维膜的孔径范围为100-350nm，水接触角为7.4-31°，水下油接触角为159.6-165.7°，电导率为2.1-144.3s/m；

2.根据权利要求1所述的超亲水导电聚合物纳米纤维膜，其中，所述导电聚合物单体选自吡咯、噻吩、苯胺、3,4-乙撑二氧噻吩中的至少一种；

3.一种制备超亲水导电聚合物纳米纤维膜的方法，其特征在于，该方法在气相沉积反应器中进行，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述氧化剂的溶液中所述氧化剂的浓度为50-670g/l，所述氧化剂的溶液中溶剂为乙醇、乙腈、水中的至少一种。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在步骤（2）中，所述导电聚合物单体选自吡咯、噻吩、苯胺、3,4-乙撑二氧噻吩中的至少一种；

6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，在步骤（1）中，所述氧化剂选自三氯化铁、过硫酸铵、甲苯磺酸三价铁中的至少一种。

7.权利要求4-6中任意一项所述的方法制备得到的超亲水导电聚合物纳米纤维膜。

8.权利要求7所述的超亲水导电聚合物纳米纤维膜在电场辅助下分离纳米级水包油乳化液中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其中，所述纳米级水包油乳化液的液滴粒径为200-400nm，所述乳化液的油相的质量浓度为500-10000ppm，且在所述分离中施加-3.0v至-9.0v的外源电压。

10.根据权利要求8所述的应用，其中，所述纳米级水包油乳化液为使用阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂稳定的乳化液中的一种，且所述乳化液中，表面活性剂的质量浓度为500-2000ppm。

技术总结本发明涉及油水分离技术领域，公开了一种超亲水导电聚合物纳米纤维膜及其制备方法和应用。该超亲水导电聚合物纳米纤维膜包括纳米纤维膜，以及包覆在所述纳米纤维膜表面的聚合物导电层，且所述超亲水导电聚合物纳米纤维膜的孔径范围为100‑350nm，水接触角为7.4‑31°，水下油接触角为159.6‑165.7°，电导率为2.1‑144.3S/m。本发明提供的超亲水导电聚合物纳米纤维膜能有效强化超亲水膜的抗污染性能，在分离纳米级乳化液中表现出优异的渗透和截留性能。技术研发人员：黄翔峰,赵迪,郑维伟,彭开铭,徐竟成,王丽雅,陆丽君,刘佳,蔡辰受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16