Ag-TiO2-殼聚糖改性濾膜在油水分離中的應用

楊水珍 陳 奇 余宗學 高 寧

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

引言

膜技術是20世紀新興的最優的一種水處理技術[1]，它在油水分離的科研領域的應用逐漸展現出它強大的發展潛力。但是，隨著工業的發展一個較為突出地問題出現在科研工作者的眼前，那就是通常含油工業廢水是強酸性或強堿性環境,這使得傳統的膜技術水處理方法對于此類污水分離很難達到一個較好的效果[2]。近年來，濾紙作為一種濾膜，具有成本低，來源廣泛，對環境無污染，同時還可以通過表面的化學改性來減少表面羥基的數量或者引入新的極性官能團增加一些新的化學性能[3-4]。本論文探究了一種新型的耐酸堿的改性濾紙復合膜材料，同時研究其的耐酸堿性和油水分離。

1 實驗

1.1 實驗試劑及儀器

實驗試劑: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）都是來自成都科龍試劑廠；硝酸銀（AgNO3）來自天津大茂化學試劑廠。

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

1.2 Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復合膜的制備

（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,室溫下自然晾干，然后將濾紙在40℃下定量的殼聚糖醋酸溶液中，1小時后，浸入40℃的戊二醛溶液中1小時。最后，用丙酮洗滌濾紙，在室溫下晾干即可得Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復合膜。

2 結果與討論

2.1 Ag-TiO2納米材料的微觀形態的表征

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，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，可以發現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，其中該復合材料主要由Ti，Ag和O這三種元素組成，這進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-殼聚糖改性濾紙復合膜形態特征

圖3 是Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復合膜的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顆粒成功地負載在濾紙上，即證明了Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復合膜的成功制得。

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

2.3 耐酸堿性能

為了測試Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復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（質量分數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。通過實驗發現，與未改性的濾紙作比較，改性濾紙復合膜不易被濃硫酸腐蝕，同時還能在高濃度地酸性環境中保持完好。

圖3 （a）濾紙和Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復合膜在濃硫酸環境下的照片;（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-殼聚糖改性濾紙復合膜浸泡在濃堿的前后對比照片

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。將改性濾紙復合膜放置在兩個玻璃管之間，乳液倒入上部裝置中，當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納米顆粒強烈的表面效應，提高了親水性。

圖4 （a）Ag-TiO2-殼聚糖改性濾紙復合膜對兩種油水乳液的分離效率（b）丁達爾現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）

結語

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