發(fā)布時(shí)間：2020-06-21 13:27

【摘要】：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量不溶于水的有機(jī)溶劑和各類(lèi)油品類(lèi)化合物,嚴(yán)重污染土壤資源和水資源,秉承從大自然中學(xué)習(xí)的理念,人們利用生物仿生技術(shù),采用界面化學(xué)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(wèn)題是:部分基體材料價(jià)格昂貴、易腐蝕、無(wú)法大規(guī)模使用、部分改性劑含有氟類(lèi)試劑,容易對(duì)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(shí)際應(yīng)用。本論文在界面化學(xué)理論和表面潤(rùn)濕理論基礎(chǔ)上,利用“二元納米協(xié)同作用”科學(xué)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(duì)浮油、乳化油進(jìn)行有效分離,研究材料的構(gòu)效關(guān)系和油水分離作用機(jī)制,基體材料上選擇新疆地產(chǎn)、原料廉價(jià)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(rùn)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(diǎn)擊反應(yīng)為合成方法,制備超疏水棉布,通過(guò)接觸角檢測(cè)表明,超疏水棉布對(duì)水的接觸角為161±2°,實(shí)驗(yàn)探討了超疏水棉布油水分離作用機(jī)制,通過(guò)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(guò)20次的循環(huán),分離效率依然在98.5%以上,通過(guò)對(duì)W/O型乳化油的分離前后光學(xué)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(duì)乳化油的分離效率均在98%以上,表明超疏水棉布對(duì)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(guò)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(guò)接觸角檢測(cè)表明,該材料在水下對(duì)油的接觸角為159±1°,實(shí)驗(yàn)同時(shí)探討了超親水棉布油水分離作用機(jī)制,通過(guò)油水分離實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)PVA添加量為4%時(shí),分離效率即可達(dá)到99%以上,實(shí)驗(yàn)同時(shí)研究了在pH=2,4,6,8,9,11,13等強(qiáng)酸、強(qiáng)堿環(huán)境下和經(jīng)過(guò)10次循環(huán)之后,材料的分離效率依然在98%以上,實(shí)驗(yàn)同時(shí)對(duì)比研究了超親水/水下超疏油棉布和超疏水棉布對(duì)高粘度油的分離,結(jié)果表明超親水/水下超疏油棉布對(duì)各種高粘度油的通量均超過(guò)120 L/(h·m~2),分離效率均在98%以上,通過(guò)對(duì)O/W型乳化油分離前后光學(xué)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(duì)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(diǎn)擊反應(yīng)”的方法對(duì)棉布進(jìn)行改性,制備Janus棉布,研究了Janus棉布用于油水分離的作用機(jī)理,通過(guò)接觸角檢測(cè)表明,Janus棉布疏水面的接觸角約為158±2°,親水面在水下對(duì)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(dá)到98%以上,經(jīng)過(guò)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(jì)針對(duì)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(fù)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(duì)油的接觸角分別為158.7±2°和155.5±2°,通過(guò)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(dāng)玻璃粉添加量為3%時(shí),陽(yáng)離子型乳化油粒徑由1μm降至80 nm,分離效率達(dá)98%以上,當(dāng)環(huán)糊精微球聚電解質(zhì)刷添加量為5%時(shí),對(duì)陰離子型乳化油的分離粒徑由1μm降至50 nm以下。
【學(xué)位授予單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：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(guān)形貌，（b）荷葉的微觀(guān)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(xiàn)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(guān)形貌，（b）荷葉的微觀(guān)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2724125