本文選題：層層自組裝 + 聚合物材料��； 參考：《中國地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：隨著石油工業(yè)的發(fā)展,石油管道運(yùn)輸及跨海運(yùn)輸?shù)脑黾邮挂缬褪鹿暑l發(fā),海上石油泄漏不僅會對環(huán)境造成嚴(yán)重影響,也會對人的健康造成威脅;此外,在石油化工、火力發(fā)電等行業(yè)使用的儲油罐,常發(fā)生油罐泄漏、火災(zāi)、爆炸事故,造成嚴(yán)重的人員傷亡、環(huán)境破壞和經(jīng)濟(jì)損失。無論海上溢油事故,還是陸上油罐泄漏事故,都必須采取緊急安全應(yīng)急措施,防止油料向更大范圍擴(kuò)散造成破壞環(huán)境,或蒸發(fā)遇火導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故。采用油水分離及吸油材料既可以進(jìn)行海上溢油事故的油水分離吸油,也可以進(jìn)行油罐泄漏油料的吸收,是一種處置溢油或泄漏事故的安全技術(shù)措施。而現(xiàn)有油水分離及吸油材料大多為高分子聚合物材料,而高分子聚合物材料有機(jī)化學(xué)成分的特點(diǎn)使得其中的絕大部分具有顯著的可燃性,因而,在儲存、運(yùn)輸過程中存在著極大的火災(zāi)安全性問題,而溢油或泄漏事故中石油中可燃?xì)怏w的揮發(fā)也可能引發(fā)火災(zāi),油水分離及吸油材料的火災(zāi)安全性問題在某種程度上限制了其應(yīng)用,因此,在制備油水分離及吸油材料,賦予材料基體良好的油水分離及吸油性能的同時需要兼顧其阻燃性能,以降低其火災(zāi)危險性。三維多孔泡沫狀材料一般具有大的比表面積、高的開孔率和互通的孔洞結(jié)構(gòu),是制備高效油水分離及吸油材料的理想基體。本文以商業(yè)化的軟質(zhì)聚氨酯(FPU)泡沫和三聚氰胺泡沫(MF)為基體,提出利用層層自組裝的方法,將具有阻燃作用的物質(zhì)和不同表面能的改性劑構(gòu)筑于泡沫基體的表面,使其在具備良好的油水選擇浸潤性的同時賦予其阻燃性能的思路,制備出阻燃性高效油水分離及吸油材料。圍繞上述思路,論文主要開展了軟質(zhì)聚氨酯泡沫和三聚氰胺泡沫的表面改性及其油水分離性能和阻燃性能的研究,具體研究內(nèi)容及成果如下:1.以軟質(zhì)聚氨酯泡沫為基體,采用層層自組裝的方法,分別將具有高表面能的聚乙烯亞胺(PEI)/海藻酸鈉(SA)和纖維素磷化衍生物(PC)/殼聚糖(CH)成功構(gòu)筑于泡沫基體的表面,賦予其表面親水、水下疏油性能,接觸角測試結(jié)果顯示所制得的樣品水接觸角達(dá)到0°,具有超親水性,油水分離測試結(jié)果顯示PEI/SA和PC/CH改性的樣品均能有效地分離油水混合物。熱失重分析結(jié)果顯示PC/CH改性的樣品其熱穩(wěn)定性在285°C-700°C范圍內(nèi)有大幅提升,錐形量熱儀測試結(jié)果顯示,組裝了15層PC/CH的樣品相較純樣其峰值熱釋放速率下降了60.3%,總熱釋量相較于純樣下降了30.3%。熱穩(wěn)定性和阻燃性能效果的顯著提升主要?dú)w因于含磷化合物的催化成炭作用。2.采用層層自組裝的方法分別將包含氫氧化鎂(Mg(OH)_2)和蒙脫土(MMT)的組裝層成功構(gòu)筑于軟質(zhì)聚氨酯泡沫的表面,以增加其表面粗糙度,進(jìn)一步利用低表面能的十二硫醇(DDT)對泡沫基體進(jìn)行改性,使其具有疏水親油性能,經(jīng)Mg(OH)_2/DDT和MMT/DDT改性的聚氨酯泡沫的水接觸角分別達(dá)到了136°和135°,所得樣品對不同油品和有機(jī)溶劑的吸油倍率在16至64倍之間,在50次重復(fù)吸油后仍能夠保持良好的吸油倍率。所得改性樣品的熱穩(wěn)定性較純樣得到了大大的提升。錐形量熱儀測試結(jié)果顯示,組裝了8層MMT填充涂層改性的樣品及最高M(jìn)g(OH)_2涂層含量的樣品峰值熱釋放速率和總熱釋放量均有下降,這可歸因于氫氧化鎂(Mg(OH)_2)和蒙脫土(MMT)對泡沫基體發(fā)揮了優(yōu)異的阻燃作用。3.首先,采用層層自組裝的方法將MMT構(gòu)筑于軟質(zhì)聚氨酯泡沫,之后采用有機(jī)硅氧烷(PDMS)對其進(jìn)行進(jìn)一步表面改性,制得的油水分離材料其水接觸角超過150°,表現(xiàn)出超疏水超親油性能。所制得的樣品能有效吸附水面油層,對不同的油品和有機(jī)溶劑的吸油倍率在20至70倍之間。熱失重分析結(jié)果顯示6層MMT填充的涂層改性的樣品700°C時的殘?zhí)苛肯噍^于純樣提升了8.73個百分點(diǎn),錐形量熱儀測試結(jié)果顯示該樣品峰值熱釋放速率較純樣下降了70%。4.以三聚氰胺泡沫為基體,首先采用層層自組裝的方法將典型的阻燃性二維片層納米粒子MMT和α-磷酸鋯分別構(gòu)筑于三聚氰胺泡沫的表面,增加了其表面粗糙度,并分別采用二甲基二氯硅烷和甲基三氯硅烷對其進(jìn)行進(jìn)一步改性。制備所得樣品的水接觸角均超過150°,表現(xiàn)出超疏水超親油性能,其對不同油品和有機(jī)溶劑的吸油率能達(dá)到自身重量的28-131倍,在各種環(huán)境下均能展現(xiàn)出良好的油水分離性能。制備所得樣品的在高溫階段的熱穩(wěn)定性較純樣有較大的提高,其在500℃高溫處理后的體積收縮程度明顯小于純樣,炭渣也更為完整。5.對本文中制得的各種油水分離及吸油材料的應(yīng)用裝置及事故處理提出了設(shè)想并進(jìn)行了探討,也為未來此類材料的大規(guī)模使用提出展望。
[Abstract]:With the development of the oil industry, the oil pipeline transportation and the increase of trans sea transportation make the oil spill frequent. The offshore oil leakage will not only cause serious impact on the environment, but also threaten the health of people. In addition, oil tanks used in such industries as petrochemical and thermal power generation often occur oil tank leaks, fires and explosions. Casualties, environmental damage and economic losses, whether oil spill accidents, or oil tank leakage accidents on land, must take emergency safety emergency measures to prevent oil from spreading to a larger range to cause damage to the environment, or to evaporate and cause fire or explosion accidents. Oil and water separation and oil absorption materials can be carried out at sea oil spill. Therefore, oil and water separation and oil absorption can also be used for the absorption of oil tank leaked oil. It is a safe and technical measure to deal with oil spills or leakage accidents. Most of the existing oil and water separation and oil absorption materials are polymer materials, and the special points of organic chemical composition of polymer materials make the vast majority of them have significant combustible. Therefore, there is a great fire safety problem in the process of storage and transportation, and the volatilization of combustible gas in oil or leakage accidents may also cause fire. The fire safety of oil and water separation and oil absorption materials is limited to some extent. Therefore, the materials for oil and water separation and oil absorption are prepared and given to the material. The good oil and water separation and oil absorption properties of the matrix should take into account the flame retardancy and reduce the fire risk. The three-dimensional porous foam material has large specific surface area, high opening rate and interconnected pore structure. It is an ideal matrix for the preparation of high efficiency oil and water separation and oil absorption materials. This paper is based on commercialized soft polyurethane (FPU) foam and melamine foam (MF) as the substrate, a method of layer self assembly is proposed to construct a flame retardant substance and a modifier with different surface energy on the surface of the foam base, so that the flame retardant and high efficiency oil water separation is prepared by the idea that it has good oil water selection and wettability. In this paper, the surface modification of soft polyurethane foam and melamine foam, the performance of oil and water separation and the flame retardancy are studied in this paper. The specific research content and results are as follows: 1. using the soft polyurethane foam as the matrix and the method of layer self-assembly, the polyethylene with high surface energy is used respectively. Imide (PEI) / sodium alginate (SA) and cellulose phosphating derivatives (PC) / chitosan (CH) were successfully constructed on the surface of the foam substrate, which gave the surface hydrophilic and underwater oil repellency. The contact angle test results showed that the water contact angle of the samples reached 0 degrees, with super hydrophile properties, and the results of oil and water separation test showed that all the samples of PEI/SA and PC/CH modified were all. The results of thermal weight loss analysis show that the thermal stability of the PC/CH modified samples has a significant increase in the range of 285 degrees C-700 C. The cone calorimeter test results show that the peak heat release rate of the 15 layers of PC/CH has decreased by 60.3% compared with the pure sample, and the total thermoluminescence is more stable than the pure sample. The significant improvement of qualitative and flame retardant properties is attributed to the catalytic carbonization of phosphorus compounds..2. by layer self-assembly method, including magnesium hydroxide (Mg (OH) _2) and montmorillonite (MMT), was successfully constructed on the surface of the soft polyurethane foam to increase the surface roughness and further use ten of the low surface energy. Two thiol (DDT) modified the foam matrix to make it hydrophobic. The water contact angle of the polyurethane foam modified by Mg (OH) _2/DDT and MMT/DDT was reached 136 and 135 degrees respectively. The oil absorption ratio of the samples to different oil and organic solvents was between 16 and 64 times, and the oil absorption doubled after 50 repeated oil absorption. The results of the conical calorimeter showed that the peak heat release rate and total heat release rate of the samples assembled with 8 layers of MMT filled coating and the highest Mg (OH) _2 coating content decreased, which could be attributed to the bubbles of magnesium hydroxide (Mg (OH) _2) and montmorillonite (MMT). The foam matrix plays an excellent flame retardancy.3. first. First, MMT is constructed in the soft polyurethane foam by layer self assembly, and then organosiloxane (PDMS) is used to further surface modification. The water contact angle of the prepared oil and water separation material is over 150 degrees, showing super hydrophobic super hydrophobic property. The samples obtained can be effective. The oil absorption rate of different oil and organic solvents is between 20 and 70 times. The thermal weight loss analysis shows that the residual carbon content of the 6 layer MMT filled coated samples 700 C is 8.73 percentage points compared to the pure sample, and the cone calorimeter test results show that the peak heat release rate of the sample is decreased by 70%.4 than that of the pure sample. With melamine foam as the matrix, the typical flame retardant two-dimensional lamellar nanoparticles MMT and alpha zirconium phosphate were constructed on the surface of melamine foam by layer layer self-assembly. The surface roughness was increased, and two methyl two chlorosilane and methyl three chlorosilane were further modified. The water contact angle of the sample is more than 150 degrees, showing the super hydrophobic super parent oil performance. The oil absorption rate of different oil and organic solvents can reach 28-131 times of its own weight, and the good oil and water separation performance can be displayed in various environment. The thermal stability of the prepared samples is higher than that of the pure sample at the high temperature stage, and it is 500. The degree of volume contraction after temperature treatment at high temperature is obviously smaller than that of pure sample, and carbon slag is more complete.5.. The application device and accident treatment of various oil and water separation and oil absorption materials obtained in this paper are proposed and discussed, and the prospect of the large-scale use of such materials in the future is also put forward.
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ328;TB34

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本文編號：1906406