【摘要】：隨著海上溢油事故的頻繁發(fā)生以及工業(yè)含油污水的大量排放,油污染造成的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重。傳統(tǒng)油水分離的方法存在耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、設(shè)備要求復(fù)雜等缺點(diǎn),探索和發(fā)展一種有效的油水分離方法具有重要的意義。近年來(lái),特殊潤(rùn)濕性分離膜材料受到廣泛關(guān)注,可以根據(jù)油和水潤(rùn)濕性的差異選擇性膜分離油水混合物,其過(guò)程簡(jiǎn)單高效、能耗低、可連續(xù)化。特別地,根據(jù)仿魚(yú)鱗理念應(yīng)運(yùn)而生的超親水-水下超疏油膜材料因分離過(guò)程中拒油,從而保持自清潔性,已成為油水分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合改性的方法是構(gòu)筑表面微納米粗糙結(jié)構(gòu)和親水性改性,實(shí)現(xiàn)水下超疏油的有效途徑之一。生物質(zhì)基水凝膠具備綠色環(huán)保、易于表面修飾、親水性等優(yōu)點(diǎn),與傳統(tǒng)的聚合物改性方法相比還具有改性速度快的優(yōu)勢(shì),是膜表面改性的理想選擇之一。本論文以金屬網(wǎng)膜為基體,通過(guò)水熱法、高溫煅燒法、刻蝕法和化學(xué)沉積法表面原位構(gòu)建微納米粗糙結(jié)構(gòu),協(xié)同金屬離子與生物質(zhì)高分子配位自組裝,制備一系列超親水-水下超疏油有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合網(wǎng)膜材料。系統(tǒng)表征分析復(fù)合網(wǎng)膜的微結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、表面性質(zhì)等理化性質(zhì),研究其油水分離性能。主要研究工作如下:(1)以鎳網(wǎng)為基體,采用水熱法表面原位生長(zhǎng)Ni(OH)_2微納米結(jié)構(gòu),隨后利用羧甲基纖維素鈉(CMC)與鐵離子配位交聯(lián)特性在Ni(OH)_2@Ni網(wǎng)膜表面層層自組裝Fe(Ⅲ)-CMC生物質(zhì)基水凝膠,進(jìn)行親水性改性,制備出Fe(Ⅲ)-CMC@Ni(OH)_2@Ni復(fù)合網(wǎng)膜,具備超水性-水下超疏油性質(zhì),歸因于表面生長(zhǎng)花瓣?duì)頝i(OH)_2粗糙結(jié)構(gòu)與包覆生物質(zhì)水凝膠的共同作用。Fe(Ⅲ)-CMC@Ni(OH)_2@Ni網(wǎng)膜的水下油接觸角高達(dá)160o(以二氯乙烷為例)。油水分離性能測(cè)試結(jié)果表明:復(fù)合網(wǎng)膜能夠選擇性分離多種油水混合物,油水分離效率均大于99.0%,膜通量為220000 L m~(-2) h~(-1)。復(fù)合網(wǎng)膜具備高穿透壓力(1.30 kPa)、耐酸堿性,適用于高鹽環(huán)境,和良好重復(fù)利用性等優(yōu)點(diǎn)。(2)以銅網(wǎng)為基體,采用高溫煅燒法和表面組裝法相結(jié)合制備出超親水-水下超疏油Fe(Ⅲ)-CMC@CuO@Cu復(fù)合網(wǎng)膜材料�？疾炝遂褵郎囟群蜁r(shí)間對(duì)銅網(wǎng)表面CuO微觀形貌、尺寸大小的影響,以及對(duì)產(chǎn)物浸潤(rùn)性和油水分離性能的影響。Cu網(wǎng)表面的納米級(jí)針狀氧化銅與Fe(Ⅲ)-CMC生物質(zhì)水凝膠是構(gòu)建水下超疏油的關(guān)鍵所在。對(duì)多種輕油或重油而言,復(fù)合網(wǎng)膜的水下油接觸角均大于150°,且水下油粘附力低。Fe(Ⅲ)-CMC@CuO@Cu網(wǎng)膜表現(xiàn)出優(yōu)異的油水分離性能(分離效率99%)、高水通量(160000 L m~(-2) h~(-1))和自清潔性。由于針狀結(jié)構(gòu)CuO的存在,高穿透壓力達(dá)到2.29 kPa,同時(shí),復(fù)合網(wǎng)膜適用于寬pH范圍、高鹽濃度環(huán)境下使用,且循環(huán)使用性能優(yōu)異。(3)以鎳網(wǎng)為基體,稀鹽酸和亞鐵氰化鉀為原料,采用同步酸刻蝕法和原位生長(zhǎng)法相結(jié)合表面構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)(LPB),隨后表面層層自組裝Fe(Ⅲ)-CMC生物質(zhì)水凝膠實(shí)現(xiàn)親水性改性,制備出超親水-水下超疏油Fe(Ⅲ)-CMC@LPB@Ni復(fù)合網(wǎng)膜。表征結(jié)果表明:立方形LPB呈現(xiàn)出階梯狀有序結(jié)構(gòu),水凝膠層均勻包覆。Fe(Ⅲ)-CMC@LPB@Ni復(fù)合網(wǎng)膜具有超親水性和水下超疏油性,水下油接觸角最大為156°,滾動(dòng)角小于5°。復(fù)合網(wǎng)膜對(duì)各種油水混合物的油水分離效率都大于99.0%,具有高水通量(180000 L m~(-2) h~(-1)(以環(huán)己烷為例)),高穿透壓力(1.24 kPa)。同時(shí)復(fù)合網(wǎng)膜對(duì)水下油的粘附力低,擁有較好的自清潔能力、耐酸堿性、耐鹽性以及重復(fù)循環(huán)性能優(yōu)異。(4)鑒于亞鐵氰化鉀和Fe~(3+)生成普魯士藍(lán),同時(shí)海藻酸鈉可以與Fe~(3+)螯合形成海藻酸鐵水凝膠(Fe(Ⅲ)-ALG)的特性,本章節(jié)以亞鐵氰化鉀和海藻酸鈉為混合原料,與鐵離子在不銹鋼鐵網(wǎng)表面同步反應(yīng)和組裝,一步制備出Fe(Ⅲ)-ALG-PB@Fe復(fù)合網(wǎng)膜。表征結(jié)果顯表明:復(fù)合網(wǎng)膜表面負(fù)載上粗糙結(jié)構(gòu)的Fe(Ⅲ)-ALG-PB雜化粒子,尺寸約為50 nm;水接觸角接近為0°,對(duì)柴油、玉米油、環(huán)己烷、汽油、二氯乙烷、氯仿的水下油接觸角均在150°以上,滾動(dòng)角小于5°,顯示出超親水-水下超疏油性特性。發(fā)現(xiàn)同步生長(zhǎng)組裝過(guò)程中,海藻酸鐵凝膠的存在限制了普魯士藍(lán)的尺寸增長(zhǎng)。Fe(Ⅲ)-ALG-PB@Fe復(fù)合網(wǎng)膜對(duì)各種油水混合物均具有高油水分離效率(99.0%)、高水通量(280000 L m~(-2) h~(-1))和高穿透壓力(1.06 kPa)。此外,復(fù)合網(wǎng)膜對(duì)水下油滴的粘附力較低,自清潔能力較好,同時(shí)具有優(yōu)異的耐酸堿性、耐鹽性以及循環(huán)使用性能。本方法為簡(jiǎn)單、快速制備高性能水下超疏油膜提供一種新思路。
【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)】：TE58;TQ051.893
【圖文】：

圖 1.1 接觸角 θ1和滾動(dòng)角 θ2示意圖Figure 1.1 The image of contact angle (θ1) and sliding angle (θ2)通常把接觸角大于 150°而滾動(dòng)角小于 10°或者接觸角小潤(rùn)性材料。例如超親水-水下超疏油材料表面與水滴的接油滴接觸角大于 150°，滾動(dòng)角小于 10°。特殊潤(rùn)濕性材料超雙疏（超疏水超疏油）材料、超疏水超親油材料、超親親（超親水超親油）材料，不同浸潤(rùn)性示意圖如圖 1.2 所

圖 1.1 接觸角 θ1和滾動(dòng)角 θ2示意圖Figure 1.1 The image of contact angle (θ1) and sliding angle (θ2)們通常把接觸角大于 150°而滾動(dòng)角小于 10°或者接觸角小于浸潤(rùn)性材料。例如超親水-水下超疏油材料表面與水滴的接觸的油滴接觸角大于 150°，滾動(dòng)角小于 10°。特殊潤(rùn)濕性材料主：超雙疏（超疏水超疏油）材料、超疏水超親油材料、超親水雙親（超親水超親油）材料，不同浸潤(rùn)性示意圖如圖 1.2 所示

超親水-水下超疏油有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合網(wǎng)膜的構(gòu)筑及其油水分離性能研究( )cos cosSV SLWLVrr = = (1.3)中，θW為表觀接觸角，而 θ 被稱為本征接觸角，r 為上文提到的粗糙度 Wenzel 方程可知，當(dāng) θ<90°時(shí)，θW<θ，并且 θW隨著 r 的增大而減��；時(shí)，θW>θ，θW隨著 r 的增大而增大。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李建平;袁永海;;磁性普魯士藍(lán)納米顆粒的合成及其化學(xué)修飾電極的制作[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2006年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 石恒;超親水—水下超疏油膜材料的制備及其在油水分離上的研究[D];西南石油大學(xué);2017年

2 王奔;具有特殊浸潤(rùn)性的納米界面材料的制備及其在油水分離上的應(yīng)用[D];湖北大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：2757082