【摘要】：近年來(lái),漏油事故頻繁發(fā)生和人類生產(chǎn)生活中含油廢水任意排放,對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染,威脅人類健康。因此,尋找一種高效的油水分離手段來(lái)處理含油廢水有重要意義。膜分離技術(shù)因其操作簡(jiǎn)便、分離效率高、能耗低等獨(dú)到之處,在油水分離中有廣闊遠(yuǎn)景。受荷葉、魚(yú)鱗等啟發(fā),人們發(fā)展了許多油水分離膜材料,尤其是超親水-水下超疏油膜材料受到研究者廣泛關(guān)注。然而目前超親水-水下超疏油膜材料的研究還存在制備過(guò)程復(fù)雜、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性差及使用壽命短等問(wèn)題亟待解決。得益于特殊的“磚-灰”結(jié)構(gòu),貝殼表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能和機(jī)械性能。將類貝殼結(jié)構(gòu)融入超親水-水下超疏油膜材料的設(shè)計(jì)之中,是提高其穩(wěn)定性和使用壽命的有效手段。氧化石墨烯(GO)擁有獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu)、良好的延展性和親水性及優(yōu)異的機(jī)械性能,是構(gòu)筑仿貝殼結(jié)構(gòu)的理想基元之一。本論文旨在構(gòu)建GO基類貝殼結(jié)構(gòu)超親水-水下超疏油網(wǎng)膜材料體系,表征其形貌、尺寸大小、微結(jié)構(gòu)、表面浸潤(rùn)性、粗糙度等理化性質(zhì),系統(tǒng)地研究其油水分離性能。主要研究工作和結(jié)果如下:(1)以GO和海藻酸鈉(SA)為構(gòu)筑基元,CaCl_2為螯合劑,在不銹鋼網(wǎng)膜表面層層自組裝構(gòu)筑了類貝殼結(jié)構(gòu)GO-Ca~(2+)-SA涂層,得到了GO-Ca~(2+)-SA@Fe超親水-水下超疏油網(wǎng)膜。研究了SA、CaCl_2濃度、組裝次數(shù)、網(wǎng)膜尺寸等參數(shù)對(duì)復(fù)合網(wǎng)膜表面形貌和潤(rùn)濕性的影響,以及鹽濃度、溶液pH對(duì)網(wǎng)膜潤(rùn)濕性和油水分離性能的影響。篩選出(GO-Ca~(2+)-SA)_(15)@Fe_(300)復(fù)合網(wǎng)膜性能最佳,其水下油滴接觸角為154~o(1,2-二氯乙烷),對(duì)水下油滴黏附力較低,能有效分離甲苯-水、環(huán)己烷-水等多種油水混合物,分離效率超99%,膜通量達(dá)119426 L m~(-2) h~(-1)。通過(guò)GO、SA和Ca~(2+)三元協(xié)同自組裝作用構(gòu)建仿貝殼結(jié)構(gòu)賦予復(fù)合網(wǎng)膜良好的循環(huán)使用性、耐鹽性、耐酸堿性和優(yōu)異的機(jī)械性能(楊氏模量達(dá)35.8±4.9 GPa)。(2)受貝殼“磚-灰”結(jié)構(gòu)和荷葉表面乳突結(jié)構(gòu)雙重啟發(fā),在不銹鋼網(wǎng)表面“仿生礦化”層層自組裝構(gòu)筑了類貝殼結(jié)構(gòu)GO-CaCO_3涂層,得到了GO-CaCO_3@Fe超親水-水下超疏油網(wǎng)膜。研究了GO濃度、浸漬次數(shù)和網(wǎng)膜尺寸等參數(shù)對(duì)表面微結(jié)構(gòu)和浸潤(rùn)性的影響,揭示了類貝殼結(jié)構(gòu)GO-CaCO_3的形成規(guī)律�？疾炝他}濃度和酸堿度對(duì)網(wǎng)膜浸潤(rùn)性和油水分離性能的影響。篩選出(GO-CaCO_3-5)_(20)@Fe_(300)復(fù)合網(wǎng)膜性能最佳,水下油滴接觸角達(dá)155~o,分離效率超過(guò)99%,對(duì)環(huán)己烷-水的膜通量達(dá)179640 L m~(-2) h~(-1)。仿生網(wǎng)膜具有優(yōu)異的自清潔性(水下油黏附力超低)、機(jī)械性能優(yōu)異(楊氏模量為25.4±2.6 Gpa)、化學(xué)穩(wěn)定性(耐酸耐堿)和良好的循環(huán)使用性。(3)以GO、聚乙烯亞胺(PEI)、硅球和埃洛石為構(gòu)筑基元,在不銹鋼網(wǎng)表面層層自組裝構(gòu)筑了多元類貝殼結(jié)構(gòu)GO-PEI-SH涂層,得到了GO-PEI-SH@Fe超親水-水下超疏油網(wǎng)膜。深入研究了原材料種類和濃度、浸漬次數(shù)、網(wǎng)膜尺寸對(duì)網(wǎng)膜表面浸潤(rùn)性和油水分離性能的影響。與GO-PEI-S@Fe和GO-PEI-H@Fe相比,GO-PEI-SH@Fe復(fù)合網(wǎng)膜具有更好的浸潤(rùn)性能。篩選出(GO-PEI-SH-1)_(15)@Fe_(300)復(fù)合網(wǎng)膜性能最好,對(duì)1,2-二氯乙烷的水下油滴接觸角為159~o,網(wǎng)膜表面油黏附力較低,滾動(dòng)角較小,分離效率高達(dá)99.8%,膜通量最高達(dá)195038L m~(-2) h~(-1),楊氏模量達(dá)19.7±2.6 GPa。仿生網(wǎng)膜顯示出杰出的循環(huán)使用性、耐鹽性、耐酸堿性和機(jī)械性能。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ051.893;X703
【圖文】：

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論源及危害、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，漏油事故頻繁發(fā)生，給生，2010 年，墨西哥灣石油泄漏事故是一個(gè)典型例油漏事故，石油泄漏量約為 490 萬(wàn)桶，對(duì)海洋生造成了嚴(yán)重危害[2]。除此之外，工業(yè)含油廢水、醫(yī)劑（苯、甲苯、環(huán)己烷、二氯甲烷等）的隨意排1，對(duì)水體生物的生存與繁殖造成影響，威脅到環(huán)，迫切地需要開(kāi)發(fā)快速、高效、穩(wěn)定的含油廢水

烴類、含氟化合物等；無(wú)機(jī)材料主要有金屬膜、合金膜、陶瓷膜等；復(fù)合材料包括改性織物、改性金屬網(wǎng)等。然而，這些傳統(tǒng)膜材料由于膜通量低、表面易污染、循環(huán)性能差等缺點(diǎn)[8]，極大地限制其在含油污水處理方面的實(shí)際應(yīng)用，人們迫切需要開(kāi)發(fā)出高效穩(wěn)定、高通量、自清潔的新型油水分離膜材料。1.2 特殊浸潤(rùn)性油水分離材料研究進(jìn)展受自然界中荷葉[9]、玫瑰花瓣[10]、水稻葉[11]、蝴蝶翅膀[12]、魚(yú)鱗[13]、沙漠甲蟲(chóng)[14]等動(dòng)植物表面特殊浸潤(rùn)性的啟發(fā)，人們對(duì)這些生物表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，如圖 1.2，發(fā)現(xiàn)多級(jí)微-納米結(jié)構(gòu)和特殊化學(xué)組成使這些動(dòng)植物表面表現(xiàn)出特殊浸潤(rùn)性能[13,15]。人們根據(jù)仿生學(xué)原理成功制備了不同浸潤(rùn)性能的材料，將其應(yīng)用于油水分離、包裝、運(yùn)輸工具、建筑、微流體控制等領(lǐng)域[16-19]。同時(shí)，人們還對(duì)特殊浸潤(rùn)性表面進(jìn)行了理論分析與總結(jié)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 蔡愛(ài)云;納米二氧化硅有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化材料的制備及其研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2740421