【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)境問題日趨嚴重。傳統(tǒng)油水分離的方法存在耗時長、能耗高、設備要求復雜等缺點,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,特殊潤濕性分離膜材料受到廣泛關注,可以根據油和水潤濕性的差異選擇性膜分離油水混合物,其過程簡單高效、能耗低、可連續(xù)化。特別地,根據仿魚鱗理念應運而生的超親水-水下超疏油膜材料因分離過程中拒油,從而保持自清潔性,已成為油水分離領域的研究熱點。有機-無機復合改性的方法是構筑表面微納米粗糙結構和親水性改性,實現水下超疏油的有效途徑之一。生物質基水凝膠具備綠色環(huán)保、易于表面修飾、親水性等優(yōu)點,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,是膜表面改性的理想選擇之一。本論文以金屬網膜為基體,通過水熱法、高溫煅燒法、刻蝕法和化學沉積法表面原位構建微納米粗糙結構,協(xié)同金屬離子與生物質高分子配位自組裝,制備一系列超親水-水下超疏油有機-無機復合網膜材料。系統(tǒng)表征分析復合網膜的微結構、化學組成、表面性質等理化性質,研究其油水分離性能。主要研究工作如下:(1)以鎳網為基體,采用水熱法表面原位生長Ni(OH)_2微納米結構,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網膜表面層層自組裝Fe(Ⅲ)-CMC生物質基水凝膠,進行親水性改性,制備出Fe(Ⅲ)-CMC@Ni(OH)_2@Ni復合網膜,具備超水性-水下超疏油性質,歸因于表面生長花瓣狀Ni(OH)_2粗糙結構與包覆生物質水凝膠的共同作用。Fe(Ⅲ)-CMC@Ni(OH)_2@Ni網膜的水下油接觸角高達160o(以二氯乙烷為例)。油水分離性能測試結果表明:復合網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)。復合網膜具備高穿透壓力(1.30 kPa)、耐酸堿性,適用于高鹽環(huán)境,和良好重復利用性等優(yōu)點。(2)以銅網為基體,采用高溫煅燒法和表面組裝法相結合制備出超親水-水下超疏油Fe(Ⅲ)-CMC@CuO@Cu復合網膜材料。考察了煅燒溫度和時間對銅網表面CuO微觀形貌、尺寸大小的影響,以及對產物浸潤性和油水分離性能的影響。Cu網表面的納米級針狀氧化銅與Fe(Ⅲ)-CMC生物質水凝膠是構建水下超疏油的關鍵所在。對多種輕油或重油而言,復合網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網膜表現出優(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。由于針狀結構CuO的存在,高穿透壓力達到2.29 kPa,同時,復合網膜適用于寬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法相結合表面構筑粗糙結構類普魯士藍(LPB),隨后表面層層自組裝Fe(Ⅲ)-CMC生物質水凝膠實現親水性改性,制備出超親水-水下超疏油Fe(Ⅲ)-CMC@LPB@Ni復合網膜。表征結果表明:立方形LPB呈現出階梯狀有序結構,水凝膠層均勻包覆。Fe(Ⅲ)-CMC@LPB@Ni復合網膜具有超親水性和水下超疏油性,水下油接觸角最大為156°,滾動角小于5°。復合網膜對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)。同時復合網膜對水下油的粘附力低,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,同時海藻酸鈉可以與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表面同步反應和組裝,一步制備出Fe(Ⅲ)-ALG-PB@Fe復合網膜。表征結果顯表明:復合網膜表面負載上粗糙結構的Fe(Ⅲ)-ALG-PB雜化粒子,尺寸約為50 nm;水接觸角接近為0°,對柴油、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,滾動角小于5°,顯示出超親水-水下超疏油性特性。發(fā)現同步生長組裝過程中,海藻酸鐵凝膠的存在限制了普魯士藍的尺寸增長。Fe(Ⅲ)-ALG-PB@Fe復合網膜對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,復合網膜對水下油滴的粘附力較低,自清潔能力較好,同時具有優(yōu)異的耐酸堿性、耐鹽性以及循環(huán)使用性能。本方法為簡單、快速制備高性能水下超疏油膜提供一種新思路。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE58;TQ051.893
【圖文】：

圖 1.1 接觸角 θ1和滾動角 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°而滾動角小于 10°或者接觸角小潤性材料。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°，滾動角小于 10°。特殊潤濕性材料超雙疏（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，不同浸潤性示意圖如圖 1.2 所

圖 1.1 接觸角 θ1和滾動角 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°而滾動角小于 10°或者接觸角小于浸潤性材料。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°，滾動角小于 10°。特殊潤濕性材料主：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，不同浸潤性示意圖如圖 1.2 所示

超親水-水下超疏油有機-無機復合網膜的構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 θ<90°時，θW<θ，并且 θW隨著 r 的增大而減小；時，θW>θ，θW隨著 r 的增大而增大。

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 李建平;袁永海;;磁性普魯士藍納米顆粒的合成及其化學修飾電極的制作[J];化學學報;2006年03期

相關碩士學位論文 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;2017年

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

3 王慧慧;普魯士藍及其衍生物納米有序結構的合成組裝和電化學研究[D];浙江師范大學;2012年

本文編號：2757082