溢油事故導(dǎo)致環(huán)境問題頻發(fā),開發(fā)特殊性能的油水分離材料迫在眉睫,簡易制備低成本磁性油水分離材料是解決這些問題的有效途徑。本文以商用聚氨酯（PU）海綿為基底,以硬脂酸（SA）、正鈦酸四丁酯（Ti（OBu）4）、月桂酸（LA）和四氧化三鐵納米顆粒為主要改性劑,用浸泡法制備了磁性超疏水海綿和pH值響應(yīng)的磁性海綿并研究了這兩種復(fù)合海綿的油水分離性能,主要的研究內(nèi)容如下:一、磁性超疏水PU海綿的制備及性能研究利用貽貝蛋白的粘附特性,通過多巴胺的自聚合在海綿表面形成聚多巴胺（PDA）膜,將四氧化三鐵納米顆粒固定在PU海綿的三維骨架上。然后,將磁性PU復(fù)合海綿浸泡在SA中形成一層低表面能聚合物。制備的超疏水磁性海綿具有超疏水性和磁性能。通過掃描電鏡（SEM）、紅外光譜（FTIR）、X射線光電子能譜（XPS）、能譜（EDS）和X射線衍射（XRD）對修飾前后的海綿的形貌、表面組成進(jìn)行表征。然后,對該磁性復(fù)合海綿的磁性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,在外加磁場的作用下吸油后的海綿可以定向移動。對磁性復(fù)合海綿的油水分離性能進(jìn)行了測試,結(jié)果表明它可以從水中分離出多種油和有機(jī)溶劑。另外,該磁性超疏水海綿在真空泵系統(tǒng)的幫助... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）固體表面液滴接觸角的示意圖;（b）Wenzel模型和Cassie模型[12]

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文9圖1.2油水分離材料的一般分類[58]水接觸角可達(dá)到150°，具有超疏水性。改性后的不銹鋼網(wǎng)具有很好的耐腐蝕性和可重復(fù)利用性，其油水分離效率高達(dá)98.5％，基本上可滿足海上溢油回收作業(yè)的要求[61]。通常為了提高聚合物包覆金屬網(wǎng)格的超疏水性，可將納米顆粒例如SiO2引入共涂材料中，可以改變表面的粗糙度。如李輩輩[62]采用二次結(jié)晶和浸涂的方法將改性二氧化硅納米顆粒涂層到不銹鋼絲網(wǎng)上，使不銹鋼絲網(wǎng)具有良好的疏水性。近年來，為了促進(jìn)金屬網(wǎng)格襯底表面粗糙度的均勻化，通過控制化學(xué)反應(yīng)原位生長在網(wǎng)格襯底上的金屬氧化物晶體已被報(bào)道。婁燕等[63]以不銹鋼篩網(wǎng)為基材，在表面電沉積納米Cu顆粒，用硬脂酸改性制備超疏水、超親脂不銹鋼篩網(wǎng)。并研究了電沉積時(shí)間、電流強(qiáng)度、電解質(zhì)溫度和電解質(zhì)濃度對不銹鋼篩網(wǎng)接觸角和軋制角的影響。制備的超疏水不銹鋼篩網(wǎng)的水相的接觸角達(dá)到152°，油相的接觸角為0°。雖然金屬氧化物原位生長法制備的金屬網(wǎng)格表面粗糙度較單一且可控，但制備過程有時(shí)相當(dāng)復(fù)雜，在金屬襯底上實(shí)現(xiàn)均勻可控表面織構(gòu)的一種較容易的方法是金屬的直接氧化。Zhang[64]研究小組以裸銅線為基礎(chǔ)，采用一步陽極氧化法制備了微納米二元結(jié)構(gòu)、低表面能涂層的超疏水和超親油表面，其水接觸角和水滑動角分別為153°和7.5°，油接觸角為0°，制備的表面具有優(yōu)良的疏水性能和良好的吸油能力。此外，制備的表面具有較好的抗飽和抗腐蝕性能，而且可以對多種油水混合物進(jìn)行有效地分離，經(jīng)過10次循環(huán)，分離效率仍可達(dá)到87%以上，為制備具有高油水分離效率和優(yōu)良耐久性的表面提供了一條低成本的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。1.3.2面料為主的材料織物/紡織品價(jià)格便宜，柔軟且重量輕，特別是天然紡織品（如棉花）是可降解、可

磁性復(fù)合海綿的制備及其油水分離性能研究12壓縮時(shí)，海綿仍保持超疏水性，如圖1.4所示。而且經(jīng)測試海綿在超疏水性和吸油性方面也表現(xiàn)出良好的機(jī)械穩(wěn)定性和可重復(fù)利用性，如圖1.5所示。綜上所述，目前超疏水磁性海綿的制備方法都較為復(fù)雜，這將很大程度上限制它們在油水分離領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，低成本、高性能、綠色環(huán)保的超疏水磁性海綿的制備方法的研發(fā)具有非常重要的意義。Liu課題組[87]報(bào)道了一種超疏水磁性海綿的簡易制備方法，在超聲作用下，用Fe3O4磁性納米粒子和低表面能化合物十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷溶液浸漬工業(yè)海綿，制備出具有高效油水分離能力的超疏水磁性海綿，改性海綿可由磁鐵驅(qū)動至受污染水域，以選擇性地從水中吸收油，制備的海綿對不同類型的油和有機(jī)溶劑的吸油能力高達(dá)其自身重量的25-87倍，且具有良好的可循環(huán)利用性，在污染水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。對于含有鄰苯二酚和胺官能團(tuán)的PDA幾乎能夠與所有類型的物質(zhì)表面有很強(qiáng)的結(jié)合作用，這對于基體表面固定官能團(tuán)和納米顆粒非常有用，基于這些特點(diǎn)，PDA涂層已被用于制備超疏水油水分離材料。Xu等人[88]采用浸漬包覆法，將磁性顆粒用PDA牢牢固定在海棉上，在室溫下用氟硅烷（FAS-17）的乙醇溶液對磁性海綿進(jìn)行改性，制備了超疏水磁性海綿，如圖1.6所示，該方法為低成本、多功能磁性材料的設(shè)計(jì)提供了一種簡單的途徑。圖1.3(a)水面漂浮汽油；(b)水中氯仿的吸收；(c)油/水分離；(d)泵用PU@Fe3O4@SiO2@Fp海綿輔助水面浮動汽油的連續(xù)分離[86]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3278783