本文關(guān)鍵詞： 石墨烯 疏水親油 吸附 組件 連續(xù)油水分離　出處：《天津工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：石墨烯(Graphene)是一種單原子厚度的二維碳納米材料,具有優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性能以及疏水親油特性。本文圍繞石墨烯疏水親油特性,將石墨烯與不同基質(zhì)復(fù)合,制備出一系列石墨烯復(fù)合吸油與分離功能材料。首先,以棉布為基體,通過非溶劑擴(kuò)散法和凍干法將聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)與石墨烯負(fù)載于棉纖維表面,制備出可用于油水分離的PBMA/石墨烯復(fù)合吸油材料(Ge-PCt),對其微觀形貌、疏水親油性及力學(xué)性能等進(jìn)行表征。結(jié)果表明,Ge-PCt具有疏水超親油特性,對純水和煤油的接觸角分別為128.9°和0°;相較于棉布,Ge-PCt的斷裂強度與斷裂伸長均有所減小;將Ge-PCt置于自制的油水分試驗裝置中,加入油水混合物,可實現(xiàn)對油水體系的連續(xù)分離。其次,以聚偏氟乙烯(PVDF)為成膜聚合物,石墨烯(Ge)、疏水二氧化硅為添加劑、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)為成孔劑、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)為溶劑調(diào)制鑄膜液,采用涂覆法與NIPS法在聚對苯二甲酸乙二酯-聚酰胺(PET-PA)無紡布表面構(gòu)筑分離層,制備了無紡布增強型PVDF/石墨烯復(fù)合吸油膜(NR-PGM),分析并討論了其形貌、疏水親油性及力學(xué)性能等。結(jié)果表明,NR-PGM具有疏水超親油特性,對水和煤油的接觸角分別為95.4°和0°,純水滲透壓可達(dá)0.14MPa,對煤油通量可達(dá)118.22L/m2h。隨鑄膜液中PVDF濃度增大,吸油膜的厚度、純水滲透壓逐漸增大,對煤油通量逐漸減小。將吸油膜繞制于多孔中空管,制得吸油膜中空管(OM-T),并將其與管路及懸浮裝置連接,制得吸油膜中空管組件(OM-U)。OM-T與OM-U可以在負(fù)壓驅(qū)動下對油水混合物進(jìn)行連續(xù)分離,且分離效率分別可達(dá)97.6%與95.1%,十次循環(huán)使用后,分離效率仍保持在95%與90%以上。最后,采用浸漬法將石墨烯負(fù)載于聚氨酯海綿骨架表面,并通過浸漬聚二甲基硅氧烷(PDMS)來增加石墨烯與聚氨酯海綿間的結(jié)合牢度,制備了石墨烯基聚氨酯吸油海綿(P-GPU),分析并討論了其形貌、疏水親油性及吸油性能等。結(jié)果表明P-GPU具有疏水超親油特性,其靜態(tài)水接觸角可達(dá)140.3°,對不同油品有著良好吸附性能。將P-GPU卷繞于多孔中空管上并密封,制得了石墨烯基聚氨酯海綿吸油管(P-GPU-T),將其與管路及懸浮裝置連接,制得石墨烯基聚氨酯海綿吸油管組件(P-GPU-U)。P-GPU-T與P-GPU-U可實現(xiàn)對油水體系動態(tài)-連續(xù)吸附與分離,且分離效率分別可達(dá)96.6%與96.4%,十次循環(huán)使用后,分離效率仍可達(dá)94%與93%以上。
[Abstract]:Graphene (Graphene) is a kind of two-dimensional carbon nanomaterials with the thickness of one atom. It has excellent mechanical, electrical, thermal and hydrophobic and oil-hydrophobic properties. In this paper, graphene is combined with different substrates around the hydrophobic and oil-lipophilic properties of graphene. A series of graphene composite oil-absorbing and separating materials were prepared. Firstly, the surface of cotton fiber was loaded with polybutyl methacrylate (PBMA) and graphene by non-solvent diffusion method and freeze-drying method. PBMA / graphene composite oil-absorbent material was prepared for oil-water separation, and its microscopic morphology, hydrophobicity and mechanical properties were characterized. The results show that Ge-PCt has hydrophobic and super oil-lipophilic properties. The contact angles for pure water and kerosene are 128.9 擄and 0 擄respectively, the fracture strength and breaking elongation of Ge-PCt are decreased compared with that of cotton cloth, and the Ge-PCt is placed in a self-made oil moisture test device, and the mixture of oil and water is added. Secondly, polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as film forming polymer, graphene was used as additive, hydrophobic silica was used as additive, dioctyl phthalate (DOP) was used as pore forming agent, and dimethyl acetamide dimethyl acetamide (DMAc) was used as solvent to modulate the cast film solution, and the film was prepared by using polyvinylidene fluoride (PVDF) as film forming polymer, hydrophobic silica as additive, and dioctyl phthalate as pore forming agent. A separation layer was constructed on the surface of poly (ethylene terephthalate) -polyamide (PET-PA) nonwoven fabric by coating method and NIPS method. The enhanced PVDF / graphene composite oil absorbent film was prepared, and its morphology was analyzed and discussed. The results show that NR-PGM has hydrophobic and over-oil hydrophobic properties, the contact angles for water and kerosene are 95.4 擄and 0 擄, the osmotic pressure of pure water is 0.14 MPA, and the flux for kerosene is 118.22 Lm2h. the thickness of oil absorbent film increases with the increase of PVDF concentration in cast film. The permeation pressure of pure water increases gradually and the flux of kerosene decreases gradually. The oil-absorbing membrane is wound in a porous hollow tube to produce an oil-absorbing membrane hollow tube, which is connected with the pipeline and the suspension device. The vacuum tube assembly (OM-UU. OM-T) and OM-U can continuously separate the oil-water mixture under negative pressure, and the separation efficiency can reach 97.6% and 95.1, respectively. After ten cycles, the separation efficiency is still above 95% and 90%. Graphene was loaded on the surface of polyurethane sponge by impregnation method, and the bonding fastness between graphene and polyurethane sponge was improved by impregnating polydimethylsiloxane (PDMS). Graphene polyurethane oil absorbent sponge P-GPU was prepared, and its morphology, hydrophobicity and oil absorption property were analyzed and discussed. The results show that P-GPU has hydrophobic and super oil-lipophilic properties. Its static water contact angle can reach 140.3 擄, and it has good adsorption performance for different oil products. The P-GPU is wound on the porous hollow tube and sealed, and the graphene based polyurethane sponge oil absorption pipe is prepared, which is connected with the pipeline and suspension device. The graphene polyurethane sponge absorbent tubing assembly P-GPU-U, P-GPU-T and P-GPU-U can realize dynamic and continuous adsorption and separation of oil-water system, and the separation efficiency can reach 96.6% and 96.4, respectively. After ten cycles, the separation efficiency is still over 94% and 93%.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.11;TB34

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本文編號：1524934