本文選題：仿生　切入點(diǎn)：超疏水　出處：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快,石油開采、冶金、煉鋼、制革、化工、原油泄漏等領(lǐng)域每天都會(huì)產(chǎn)生大量的含油廢水,這些含油廢水的直接排放不僅是不可再生資源的嚴(yán)重浪費(fèi),而且直接對環(huán)境造成污染,間接地影響到人類的健康和生活。因此,對含油廢水進(jìn)行分離處理無論從節(jié)約資源還是環(huán)境保護(hù)方面都具有重大意義。含油廢水常用的處理方法有物理法、化學(xué)法、生物法,這些方法都具有各自的優(yōu)點(diǎn),但其在占地面積、耗能、分離效率方面有待進(jìn)一步提高。近些年來,人們通過對荷葉表面形貌和化學(xué)組成進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)荷葉表面是由一層乳突狀的蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)組成。以荷葉為代表的植物表面具有超疏水表面引起了人們極大的興趣。由仿生學(xué)的原理,想要獲得超疏水性能需要滿足兩個(gè)必要條件:增大表面粗糙度和降低表面自由能。受此啟發(fā),大量的研究致力于超疏水材料的開發(fā),并成功的應(yīng)用在了油水分離方面。本文成功制備出了超疏水Co(OH)_2/HDTMS不銹鋼網(wǎng)、超親水/水下超疏油Co_2(OH)_2CO_3(CoOC)鎳網(wǎng)和超疏水CoOC/HDTMS鎳網(wǎng),并設(shè)計(jì)了一套油水分離裝置對其油水分離性能進(jìn)行了研究。本文以不銹鋼網(wǎng)為基體,在其表面用電化學(xué)單極脈沖法合成一層具有蝴蝶翅膀狀的Co(OH)_2粗糙結(jié)構(gòu),再用具有低表面能的十六烷基三甲氧基硅氧烷(HDTMS)進(jìn)行修飾,最終獲得了超疏水性能。該超疏水篩網(wǎng)表面水的接觸角可以達(dá)到157.9°,油的接觸角為0°,因此可以被成功的應(yīng)用在油水分離方面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該不銹鋼篩網(wǎng)對正己烷/水、異辛烷/水、石油醚/水、汽油/水、柴油/水的分離效率可高達(dá)99.5%以上,并且重復(fù)使用25次以后(以分離正己烷/水的混合物為例),篩網(wǎng)依然可以保持一個(gè)較高的超疏水性能和分離效率。并且,該篩網(wǎng)具有良好的耐侯性能,這是由于修飾后的硅氧烷層具有天然的抗原子氧化能力,可以有效地防止外界氧化物質(zhì)的侵入,這對于處理有腐蝕性的油水混合物能起到很重要的作用。此外,文中對超疏水篩網(wǎng)的機(jī)械性能也進(jìn)行了考察。以鎳網(wǎng)為基體,在其表面用水熱法合成一層片狀的堿式碳酸鈷(CoOC)粗糙結(jié)構(gòu),該表面水的接觸角為0°,而水下油的接觸角為158.1°,表現(xiàn)出優(yōu)異的超親水/水下超疏油性能。利用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)對CoOC鎳網(wǎng)進(jìn)行化學(xué)修飾后,獲得了超疏水/超親油表面,該表面對水的接觸角為157.2°,油的接觸角為0°。最后,本文設(shè)計(jì)了一套連續(xù)油水分離裝置,將以上兩種具有相反潤濕性能的篩網(wǎng)夾在裝置的兩邊,實(shí)現(xiàn)對油水混合物的連續(xù)分離。該方法克服了單一膜油水分離裝置間歇操作的處理量小,凈化程度低等缺點(diǎn),擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。更重要的是,由于修飾后存在于鎳網(wǎng)表面的Si-O-Si鍵具有較高的鍵能,超疏水篩網(wǎng)的耐熱性能得到了很大的改善,這為較高溫度下含油廢水的分離提供了一個(gè)新方法。
[Abstract]:With the acceleration of the global industrialization process, oil extraction, metallurgy, steelmaking, tanning, chemical industry, crude oil leakage and other fields produce a large amount of oily wastewater every day. The direct discharge of these oily wastewater is not only a serious waste of non-renewable resources, but also a direct pollution to the environment, indirectly affecting the health and livelihood of human beings. The separation and treatment of oily wastewater is of great significance in terms of saving resources and protecting the environment. The common methods for treating oily wastewater are physical, chemical and biological methods, all of which have their own advantages. In recent years, the surface morphology and chemical composition of lotus leaves have been studied. It is found that the surface of lotus leaf is composed of a layer of papillate waxy structure. The superhydrophobic surface of the plant surface represented by the lotus leaf has aroused great interest. In order to obtain superhydrophobic properties, two necessary conditions need to be satisfied: increasing surface roughness and reducing surface free energy. Inspired by this, a great deal of research has been devoted to the development of superhydrophobic materials. In this paper, the superhydrophobic Co(OH)_2/HDTMS stainless steel mesh, superhydrophilic / underwater super oil Cost2OHH / submersible Cos / 2CO3CoOC) nickel net and superhydrophobic CoOC/HDTMS nickel net have been successfully prepared, and have been successfully applied to the separation of oil and water. A set of oil-water separation device was designed to study its oil-water separation performance. In this paper, a layer of Co(OH)_2 rough structure with butterfly wings was synthesized on the surface of stainless steel mesh by electrochemical monopole pulse method. Then modified with hexadecyl trimethoxysiloxane (HDT) with low surface energy, The contact angle of water on the surface of the superhydrophobic screen can reach 157.9 擄, and the contact angle of oil is 0 擄, so it can be successfully applied to the separation of oil and water. The experimental results show that the stainless steel screen is suitable for n-hexane / water. The separation efficiency of isooctane / water, petroleum ether / water, gasoline / water, diesel oil / water can be over 99.5%, And after 25 times of repeated use (taking the mixture of n-hexane / water as an example, the screen mesh can still maintain a high superhydrophobic property and separation efficiency.) moreover, the screen has good weathering resistance. This is because the modified siloxane layer has the natural ability to resist atomic oxidation, which can effectively prevent the external oxidizing substances from invading, which can play a very important role in the treatment of corrosive oil-water mixtures. In this paper, the mechanical properties of superhydrophobic sieve mesh were also investigated. Using nickel mesh as substrate, a layer of basic cobalt carbonate CoOC rough structure was synthesized by hydrothermal method on its surface. The contact angle of the surface water is 0 擄, and the contact angle of the underwater oil is 158.1 擄, showing excellent super hydrophilic / underwater super hydrophilic / ultra hydrophobic properties. After chemical modification of the CoOC nickel mesh with hexadecyltrimethoxysilane, the superhydrophobic / super oil-lipophilic surface was obtained. The contact angle of the surface to water is 157.2 擄, and the contact angle of oil is 0 擄. Finally, a set of continuous oil-water separation device is designed. The continuous separation of oil-water mixture is realized. This method overcomes the disadvantages of the batch operation of single membrane oil-water separation device, such as small treatment capacity and low purification degree, and expands its application scope. The heat resistance of superhydrophobic sieve mesh has been greatly improved due to the high bond energy of Si-O-Si bond existing on the surface of nickel mesh after modification, which provides a new method for the separation of oily wastewater at higher temperature.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ051.8;X703

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本文編號(hào)：1583755