【摘要】：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量不溶于水的有機溶劑和各類油品類化合物,嚴重污染土壤資源和水資源,秉承從大自然中學習的理念,人們利用生物仿生技術(shù),采用界面化學原理,人工合成超疏水材料、超親水-水下超疏油等材料,這些材料主要出現(xiàn)的問題是:部分基體材料價格昂貴、易腐蝕、無法大規(guī)模使用、部分改性劑含有氟類試劑,容易對環(huán)境造成二次污染等,這些缺陷限制了油水分離材料的實際應(yīng)用。本論文在界面化學理論和表面潤濕理論基礎(chǔ)上,利用“二元納米協(xié)同作用”科學思想,在親、疏水表面構(gòu)筑粗糙度,制備超疏水油水分離材料、超親水-水下超疏油油水分離材料等,對浮油、乳化油進行有效分離,研究材料的構(gòu)效關(guān)系和油水分離作用機制,基體材料上選擇新疆地產(chǎn)、原料廉價易得、環(huán)境友好、可重復(fù)使用的纖維素,構(gòu)建纖維素基超浸潤材料體系,主要工作具體如下:(1)采用新疆地產(chǎn)普通纖維素棉布為基體材料,以SiO_2構(gòu)筑粗糙度,以3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲基硅烷(TMSPMA)、十二硫醇(NDM)為單體,“硫醇-烯”點擊反應(yīng)為合成方法,制備超疏水棉布,通過接觸角檢測表明,超疏水棉布對水的接觸角為161±2°,實驗探討了超疏水棉布油水分離作用機制,通過油水分離研究發(fā)現(xiàn),在常壓下,超疏水棉布在分離浮油的通量均在120 L/(h·m~2)以上,分離效率在99%以上,超疏水棉布經(jīng)過20次的循環(huán),分離效率依然在98.5%以上,通過對W/O型乳化油的分離前后光學顯微鏡照片和DLS粒徑分析可知,分離前乳化油粒徑約為1μm,分離后濾液粒徑降至10 nm左右,且對乳化油的分離效率均在98%以上,表明超疏水棉布對乳化油分離效果顯著。(2)采用新疆地產(chǎn)纖維素棉布為基體材料,在其表面引入聚乙烯醇(PVA),通過縮醛化反應(yīng)與戊二醛(GA)交聯(lián),制備-C-O-C-鍵修飾的超親水/水下超疏油棉布,通過接觸角檢測表明,該材料在水下對油的接觸角為159±1°,實驗同時探討了超親水棉布油水分離作用機制,通過油水分離實驗研究發(fā)現(xiàn),當PVA添加量為4%時,分離效率即可達到99%以上,實驗同時研究了在pH=2,4,6,8,9,11,13等強酸、強堿環(huán)境下和經(jīng)過10次循環(huán)之后,材料的分離效率依然在98%以上,實驗同時對比研究了超親水/水下超疏油棉布和超疏水棉布對高粘度油的分離,結(jié)果表明超親水/水下超疏油棉布對各種高粘度油的通量均超過120 L/(h·m~2),分離效率均在98%以上,通過對O/W型乳化油分離前后光學顯微鏡照片和DLS粒徑分析可知,分離前乳化油粒徑約為1.5μm,分離后濾液粒徑降至20 nm以下,且對乳化油的分離效率均在99%以上。(3)以新疆地產(chǎn)纖維素棉布為基體材料,利用原位共沉淀法沉積SiO_2微納米顆粒構(gòu)筑粗糙度,利用紫外光照射“點擊反應(yīng)”的方法對棉布進行改性,制備Janus棉布,研究了Janus棉布用于油水分離的作用機理,通過接觸角檢測表明,Janus棉布疏水面的接觸角約為158±2°,親水面在水下對油的接觸角約為155±2°,Janus棉布的疏水面和親水面的分離效率均達到98%以上,經(jīng)過5次循環(huán)之后,Janus棉布的分離效率依然保持在98%以上。(4)分析和研究了乳化油難分離和分離通量低的原因,設(shè)計針對不同乳化油的分離材料,采用靜電吸附分離原理,利用新疆地產(chǎn)棉花為原料,利用溶膠-凝膠法和冷凍干燥法,制備含負電荷的纖維素/玻璃粉復(fù)合氣凝膠和含正電荷的纖維素/環(huán)糊精微球聚電解質(zhì)刷復(fù)合氣凝膠,兩種復(fù)合氣凝膠在水下對油的接觸角分別為158.7±2°和155.5±2°,通過考察復(fù)合氣凝膠的密度、孔隙率、分離通量、分離效率、DLS粒徑分析等因素,表明當玻璃粉添加量為3%時,陽離子型乳化油粒徑由1μm降至80 nm,分離效率達98%以上,當環(huán)糊精微球聚電解質(zhì)刷添加量為5%時,對陰離子型乳化油的分離粒徑由1μm降至50 nm以下。
【學位授予單位】：石河子大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB34
【圖文】：

圖 1-1 具有微納米結(jié)構(gòu)的荷葉表面，（a）荷葉的宏觀形貌，（b）荷葉的微觀形貌Figure 1-1 The surface of the lotus leaf with a micro nanoscale structure, (a) macroscopicappearance of lotus leaf, (b) microscopic appearance of lotus leaf. 1-2 自然界中的超疏水現(xiàn)象，（a）水稻，（b）玫瑰花，（c）鵝，（d）蝴蝶，（e）水黽，（f）蚊igure 1-2 Superhydrophobic phenomena in nature: (a) rice, (b) rose, (c) goose, (d) butter(e) water strider, (f) mosquito

第一章 文獻綜述圖 1-1 具有微納米結(jié)構(gòu)的荷葉表面，（a）荷葉的宏觀形貌，（b）荷葉的微觀形貌Figure 1-1 The surface of the lotus leaf with a micro nanoscale structure, (a) macroscopicappearance of lotus leaf, (b) microscopic appearance of lotus leaf.

【參考文獻】

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本文編號：2724125