石油泄漏事故和工業(yè)含油污水的違規(guī)排放造成了海洋、地表水和地下水等自然水體的破壞,一方面釀成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,另一方面水中油類和有機(jī)污染物會(huì)嚴(yán)重威脅到了人類及其他生物的生存環(huán)境。相對(duì)于離心法,重力法,吸附法,生物降解法等方法,膜分離技術(shù)具備所需能耗低、方法簡單、高分離效率等優(yōu)點(diǎn),已成為油水分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。受荷葉、魚鱗等生物表面自清潔特性啟發(fā),仿生構(gòu)筑超浸潤膜分離材料用于油水分離,尤其是超親水-水下超疏油膜。目前大部分水下超疏油膜的制備流程復(fù)雜、成本高,且功能單一,難以實(shí)現(xiàn)油污染與水溶性有機(jī)污染物共存污水的同步處理。本論文以不銹鋼金屬網(wǎng)膜為基體,以鈷鹽乙醇溶液為前驅(qū)體,通過浸漬燃燒法,在網(wǎng)膜表面負(fù)載鈷氧化物涂層,構(gòu)筑超親水-水下超疏油復(fù)合網(wǎng)膜,賦予其油水分離和活化過硫酸鹽降解水溶性有機(jī)污染物的性能,同時(shí)通過引入二氧化硅和石墨烯作為功能基元,來提高復(fù)合網(wǎng)膜的分離和催化性能。通過SEM、XRD、XPS等儀器表征膜材料表面微觀形貌、化學(xué)成分和浸潤性,系統(tǒng)研究鈷氧化物負(fù)載復(fù)合網(wǎng)膜的油水分離和催化過硫酸鹽降解有機(jī)染料性能。主要研究工作如下:(1)以不銹鋼網(wǎng)為基體,以CoCl_2乙醇溶液為構(gòu)筑基元,采用火焰燃燒法快速氧化CoCl_2,在不銹鋼網(wǎng)膜表面構(gòu)筑鈷氧化物涂層,得到了具有超親水-水下超疏油且具有催化性能的網(wǎng)膜。研究了CoCl_2濃度、組裝次數(shù)等參數(shù)對(duì)網(wǎng)膜表面形貌和催化降解有機(jī)污染物以及親水疏油性能的影響。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)確定不銹鋼網(wǎng)在CoCl_2濃度為1.0wt%時(shí)具有最佳性能。其水下接觸角可以達(dá)到157.5±2°(以二氯乙烷油滴為研究對(duì)象),油滴滾動(dòng)角小于5.0°,達(dá)到了水下超疏油效果,能夠有效分離油水混合物例如環(huán)己烷-水,1,2-二氯乙烷-水,且分離效率均在99.5%以上。針對(duì)不同的油水混合物,膜通量不同但都達(dá)到了超疏油效果,以環(huán)己烷為例,分離通量高達(dá)52688 L m~(-2) h~(-1)。通過催化降解羅丹明B染料,時(shí)間控制在10分鐘內(nèi),且能夠?qū)崿F(xiàn)同步催化PMS降解有機(jī)染料與油水分離。經(jīng)過相關(guān)測(cè)試,該網(wǎng)膜具有優(yōu)良的自清潔性、循環(huán)使用性和優(yōu)異的機(jī)械性能。(2)基于構(gòu)筑材料表面的微觀粗糙度,以CoCl_2和TEOS乙醇溶液為構(gòu)筑基元,采用火焰燃燒法迅速氧化,在不銹鋼網(wǎng)膜表面有效構(gòu)筑了Co_3O_4-SiO_2涂層。本章研究了TEOS濃度、組裝次數(shù)等參數(shù)對(duì)復(fù)合網(wǎng)膜表面形貌和催化降解有機(jī)污染物等性能的影響。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),確定不銹鋼網(wǎng)在CoCl_2濃度為1.0wt%,TEOS濃度為3.0wt%時(shí)具有最佳組合性能。其水下接觸角可以達(dá)到165~o±1.0~o(以二氯乙烷油滴為研究油滴),同時(shí)油滴能夠在水下網(wǎng)膜上自由滾動(dòng),粘附力極低,滾動(dòng)角小于4°,比實(shí)驗(yàn)一中滾動(dòng)角小,且接觸角大。能夠有效分離油水混合物例如環(huán)己烷-水,1,2-二氯乙烷-水,且分離效率均在99%以上,針對(duì)不同的油水,膜通量最高可達(dá)59964 L m~(-2) h~(-1)(以環(huán)己烷為例)。能夠在14 min內(nèi)催化降解亞甲基藍(lán)溶液,相比于實(shí)驗(yàn)一構(gòu)筑網(wǎng)膜催化降解亞甲基藍(lán)所需時(shí)間為21 min時(shí)間下降,說明催化能力有所提升。同時(shí)該網(wǎng)膜具有優(yōu)良的抗污能力,循環(huán)使用性以及機(jī)械性能。(3)為了提升金屬網(wǎng)膜負(fù)載物的機(jī)械穩(wěn)定性和催化性能,在不銹鋼網(wǎng)膜構(gòu)筑基元成分中,加入氧化石墨烯,同時(shí)具有有效的催化活性。以GO和CoCl_2溶液為構(gòu)筑基元,通過層層自組裝方法構(gòu)筑不銹鋼網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)。主要研究GO濃度、浸漬燃燒次數(shù)等參數(shù)對(duì)親水疏油性能的影響以及對(duì)催化降解有機(jī)污染物的影響。揭示出了Co_3O_4-rGO的形成規(guī)律,篩選出制備Co_3O_4-rGO涂層的最佳配比濃度。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),確定300目不銹鋼網(wǎng)在GO質(zhì)量濃度為1.0wt%CoCl_2乙醇溶液的1.0%時(shí),具有最佳組合性能。其水下接觸角可以達(dá)到164.5°,達(dá)到了水下超疏油效果,能夠有效分離油水混合物例如環(huán)己烷-水,1,2-二氯乙烷-水,且分離效率均在99%以上,以環(huán)己烷為例膜通量達(dá)到了61302.2 L m~(-2) h~(-1)。催化降解亞甲基藍(lán),時(shí)間亦控制在10分鐘內(nèi)。經(jīng)過相關(guān)測(cè)試,該網(wǎng)膜具有高效的分離、活化PMS性能。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703;TQ051.893
【部分圖文】：

水分離處理概述油污染的來源及危害油開采、石化、煉油、煉焦、制藥、食品、紡織皮革等工業(yè)生產(chǎn)和往會(huì)產(chǎn)生大量含油廢水，已然經(jīng)成為全球性的重要污染源之一，嚴(yán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1, 2]。例如，2010 年 4 月 20 日，美國墨西哥海灣發(fā)事件[3]，石油覆蓋面積超過了兩千多平方公里海域。2011 年 6 月 4漏油事故的蓬萊油田污染渤海面積超過了六千平方公里，約占渤海所波及地區(qū)的生態(tài)環(huán)境遭受了嚴(yán)重破壞[4]，含油廢水來源廣泛，成(如汽油、柴油、煤油、動(dòng)/植物油等不溶性油類化合物)[5, 6]。油污一成，會(huì)阻礙氧氣向水中擴(kuò)散，溶解氧含量下降，產(chǎn)生惡臭，惡化水動(dòng)植物死亡[7]，嚴(yán)重危害人體健康和生態(tài)環(huán)境，因此，開發(fā)快速、含油污水處理方法已成為迫切需要解決的課題和研究熱點(diǎn)[8-11]。

圖 1.2 Young 式接觸角模型[45]Figure 1.2 Scheme of Young’scontact angle model[45]Wenzel、Cassie 和 Baxter 等人[48]完善了粗糙表面接觸角的研究，提出了較為完善的浸潤模型[49, 50]，即 Cassie model 和 Wenzel model（如 1.3）。圖 1.3 Wenzel 和 Cassie 浸潤模型示意圖[49, 50]Fig. 1.3 The schematic diagram. of Wenzel and Cassie model[49, 50]在 Wenzel 模型中，理解為液體灌入粗糙表面的孔隙內(nèi)，表面接觸面積大于楊氏接觸狀態(tài)模型，利用粗糙度來解釋表面積增加導(dǎo)致材料的超疏水現(xiàn)象[51, 52]。

鈷氧化物基復(fù)合網(wǎng)膜的制備及其油水分離和催化降解性能研究圖 1.2 Young 式接觸角模型[45]Figure 1.2 Scheme of Young’scontact angle model[45]Wenzel、Cassie 和 Baxter 等人[48]完善了粗糙表面接觸角的研究，提出了較為完善的浸潤模型[49, 50]，即 Cassie model 和 Wenzel model（如 1.3）。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 鄭浩勇;王猛;王修星;黃衛(wèi)東;;基于Wenzel模型的粗糙界面異質(zhì)形核分析[J];物理學(xué)報(bào);2011年06期

2 馬德勝;關(guān)文龍;張霞林;李春濤;韓靜;;用熱失重分析法計(jì)算火驅(qū)實(shí)驗(yàn)油層飽和度[J];新疆石油地質(zhì);2009年06期

3 關(guān)凱書,尹衍升,姜秋鵬;TiO_2-SiO_2復(fù)合薄膜光催化活性與親水性關(guān)系的研究[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2003年03期

4 袁蕎龍,應(yīng)圣康;硅溶膠在水性聚氨酯中的流變性能[J];功能高分子學(xué)報(bào);1997年04期

本文編號(hào)：2810209