本文關(guān)鍵詞：超親水超疏油復(fù)合網(wǎng)膜的制備及其油水分離性能研究

  更多相關(guān)文章： 特殊潤(rùn)濕性 微納粗糙結(jié)構(gòu) 刺激響應(yīng) 重組裝 薄膜 油水分離

【摘要】：生活污水及工業(yè)廢水的大量排放、海上漏油事故的頻頻發(fā)生,對(duì)我們的污水處理能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。含油廢水對(duì)環(huán)境造成了巨大的危害,如石油漂浮在海面上,迅速擴(kuò)散形成一層不透氣的油膜會(huì)阻礙水體的復(fù)氧作用,影響海洋浮游生物生長(zhǎng),破壞海洋生態(tài)平衡。含油污水處理起來也極為困難、效率低、成本高。膜分離具有能耗低、單級(jí)分離效率高、過程靈活簡(jiǎn)單、環(huán)境污染低、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但是膜分離應(yīng)用效率受膜的抗污染性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等內(nèi)在因素及膜組件形式、操作條件等外在因素的限制。含油廢水的超親水超疏油膜處理法,即所謂Water-Removing法,該膜在空氣或水中超疏油,并且對(duì)油表現(xiàn)出極低的粘附力,滾動(dòng)接觸角僅2~3°,有效防止了油滴的粘附。當(dāng)含油廢水接觸膜表面時(shí),水可以源源不斷往下滲透,而表面始終保持超疏油性,油截留在表面從而達(dá)到油水分離的效果,且由于膜的潛在憎油性,油始終無法污染膜表面,是一種真正的抗污染、低能耗、長(zhǎng)壽命、高效率的分離膜,從而成為未來油水分離膜的主要發(fā)展方向。本論文在這一背景下,致力于研究開發(fā)超親水超疏油油水分離膜,重點(diǎn)工作圍繞著膜的表面潤(rùn)濕性、膜的化學(xué)穩(wěn)定性和分離效率等的理論和應(yīng)用方面展開,具體工作如下:(1)毛細(xì)力學(xué)在超親水膜分離過程中的應(yīng)用及其力學(xué)模型的構(gòu)建。文中運(yùn)用毛細(xì)力學(xué)的思想考察超親水膜分離過程的相關(guān)物理量,將基于特殊潤(rùn)濕性的膜材料的膜孔歸類為毛細(xì)管孔道,在此基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型,對(duì)超親水膜分離油水混合物中的受力情況進(jìn)行了詳細(xì)分析。從表面張力的角度計(jì)算分析了空氣中超親水超親油膜在水下超疏油的原理;從毛細(xì)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)對(duì)膜分離過程中的毛細(xì)流動(dòng)速率、毛細(xì)管總滲透速率、膜通量以及臨界穿透壓力等量進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了檢驗(yàn);在此基礎(chǔ)上初步從毛細(xì)力學(xué)角度探討了超親水及水下超疏油分離膜的分離機(jī)理,為后面的實(shí)驗(yàn)制備提供理論指導(dǎo)。(2)超親水及水下超疏油油水分離膜的制備及油水分離性能測(cè)試。以機(jī)械性能良好的不銹鋼絲網(wǎng)作為基材,以富含羥基的、具有優(yōu)良成膜性、親水性和保水性能的聚乙烯醇和羥基丙烯酸樹脂為基本成膜物質(zhì)、戊二醛為交聯(lián)劑,摻雜親水的無機(jī)納米Si O2顆粒,構(gòu)造了微納粗糙結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)采用多次逐級(jí)涂裝的方法,有利于提高膜的表面粗糙度,從而使膜的表面在自然環(huán)境下具有穩(wěn)定的超親水性能,采用簡(jiǎn)單的浸涂?jī)刹酵垦b法和加熱固化法成功制備了水環(huán)境下具有超親水和超疏油性質(zhì)的油水分離膜。該膜可以有效分離各類油水混合物,如植物油、汽油、柴油和原油的油水混合物等,分離效率高達(dá)99%,可使處理后的污水含油量低于50mg/l。在分離過程中,網(wǎng)膜的水下超疏油和對(duì)油低粘附的特性使網(wǎng)膜不易被油粘附和污染,從而使油和材料的回收再利用簡(jiǎn)單易行。(3)UV固化超親水及水下超疏油油水分離膜的制備及油水分離性能測(cè)試。首先以具有良好防腐蝕性能和環(huán)境友好性的UV固化PUA/EA復(fù)合乳液對(duì)不銹鋼絲網(wǎng)進(jìn)行底涂前處理,在不銹鋼絲網(wǎng)上構(gòu)筑防腐保護(hù)層;接著以環(huán)境友好的、富含羥基的親水性能優(yōu)異的聚乙二醇二丙烯酸酯系列UV固化低聚物作為基礎(chǔ)成膜物質(zhì),以PVA作為乳化劑,摻雜親水的無機(jī)納米Si O2顆粒,采用UV固化法構(gòu)造了微納粗糙結(jié)構(gòu);最后以親水的較大分子量的單官能的聚乙二醇二丙烯酸酯UV固化低聚物對(duì)膜的表面進(jìn)行接枝,從而使膜的表面具有分子刷結(jié)構(gòu),得到一種適用于復(fù)雜化學(xué)環(huán)境和具有自清潔功能的,水環(huán)境下具有超親水和超疏油性質(zhì)的油水分離膜。該膜可以有效分離各類油水混合物,使處理后的污水含油量低于50mg/l。在分離過程中,網(wǎng)膜能夠有效抵制廢水中酸對(duì)基材的腐蝕,膜表面的親水分子刷結(jié)構(gòu)使油在膜表面的粘附力極低,網(wǎng)膜不易被油粘附和污染。(4)濕度響應(yīng)超親水超疏油油水分離膜的制備及油水分離性能測(cè)試。首先,以具有良好防腐蝕性能和環(huán)境友好性的UV固化PUA/EA復(fù)合乳液對(duì)不銹鋼絲網(wǎng)進(jìn)行底涂防腐前處理;其次,合成了親水疏油聚合物作為基礎(chǔ)成膜物質(zhì)摻雜上一章中的UV固化親水涂料中,以PVA作為乳化劑,摻雜親水的無機(jī)納米Si O2顆粒和疏油改性的無機(jī)納米Si O2顆粒,構(gòu)造了微納粗糙結(jié)構(gòu),采用簡(jiǎn)單的浸涂涂裝法和光熱雙重固化法成功制備了水刺激響應(yīng)超親水和超疏油性質(zhì)的油水分離膜。該膜置于水環(huán)境下一段時(shí)間后,在水的刺激相互作用下,親水基團(tuán)會(huì)自組裝到膜的表層,疏油基團(tuán)位于底層,從而表面具有穩(wěn)定的親水性,而膜的底層是疏水疏油的,在液柱壓力的作用下,水可以穿透下層疏水層而滲透下去,而油則需要穿越上層親水層和下層疏水疏油層的雙重保護(hù)才能滲透,故而,調(diào)節(jié)合適的過濾壓力,可以僅使水能夠滲透,而油不能滲透,達(dá)到油水分離效果。而由于此類型的膜具有親水層和疏水疏油層雙層抗油污染層,從而具有更好的耐污性能。
【關(guān)鍵詞】：特殊潤(rùn)濕性 微納粗糙結(jié)構(gòu) 刺激響應(yīng) 重組裝 薄膜 油水分離
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X703;TQ051.893
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-17
• 第一章 緒論17-60
• 1.1 引言17-18
• 1.2 含油污水及常用處理方法概述18-21
• 1.2.1 含油污水概述18-20
• 1.2.2 常用含油廢水處理方法概述20-21
• 1.3 常用于廢水處理的膜分離法概述21-26
• 1.3.1 按膜的孔徑方式分類22-23
• 1.3.1.1 微濾膜22
• 1.3.1.2 超濾膜22
• 1.3.1.3 反滲透膜22
• 1.3.1.4 納濾膜22-23
• 1.3.2 按膜的結(jié)構(gòu)分類23
• 1.3.3 按制備膜的材質(zhì)分類23-25
• 1.3.4 基于特殊潤(rùn)濕性的分離膜25-26
• 1.4 特殊潤(rùn)濕性表面的構(gòu)建原理及其技術(shù)26-38
• 1.4.1 表面化學(xué)基礎(chǔ)理論27-32
• 1.4.1.1 靜態(tài)接觸角與表面張力關(guān)系方程27-29
• 1.4.1.2 水下超疏油的表面化學(xué)機(jī)理29-31
• 1.4.1.3 液滴在固體表面粘附力狀態(tài)模型31-32
• 1.4.1.4 滾動(dòng)接觸角32
• 1.4.2 特殊潤(rùn)濕性表面的構(gòu)建原理32-34
• 1.4.3 特殊潤(rùn)濕性表面的制備方法34-37
• 1.4.4 膜的表面改性技術(shù)37-38
• 1.5 基于特殊潤(rùn)濕性分離膜的性能38-40
• 1.5.1 膜的基本性能及影響因素38
• 1.5.2 膜分離效率38-39
• 1.5.3 膜溶脹及其解決途徑39
• 1.5.4 膜污染及其解決途徑39-40
• 1.6 特殊潤(rùn)濕性油水分離膜的研究進(jìn)展40-57
• 1.6.1 超疏水超親油油水分離膜40-44
• 1.6.2 超親水超疏油油水分離膜44-57
• 1.6.2.1 刺激響應(yīng)超親水超疏油膜44-50
• 1.6.2.1.1 電刺激響應(yīng)超親水超疏油膜45-46
• 1.6.2.1.2 水刺激響應(yīng)超親水超疏油膜46-47
• 1.6.2.1.3 光刺激響應(yīng)超親水超疏油膜47-48
• 1.6.2.1.4 溫度及pH響應(yīng)超親水超疏油膜48-49
• 1.6.2.1.5 溶劑響應(yīng)超親水超疏油膜49
• 1.6.2.1.6 金屬離子響應(yīng)性油水分離膜49-50
• 1.6.2.2 超親水及水下超疏油網(wǎng)膜50-51
• 1.6.2.3 無機(jī)結(jié)晶納米線超親水網(wǎng)膜51-53
• 1.6.2.4 分子刷結(jié)構(gòu)超親水網(wǎng)膜53-55
• 1.6.2.5 可用于油水乳液分離的網(wǎng)膜55-57
• 1.7 本文的目的、意義與研究?jī)?nèi)容57-60
• 1.7.1 選題的目的與意義57-58
• 1.7.2 本文的主要研究?jī)?nèi)容58-60
• 第二章 毛細(xì)力學(xué)在超親水膜分離過程中的應(yīng)用及其力學(xué)模型60-73
• 2.1 引言60-61
• 2.2 數(shù)學(xué)模型61-62
• 2.3 受力分析62-67
• 2.3.1 物理受力分析62-64
• 2.3.2 臨界穿透高度計(jì)算64-65
• 2.3.2.1 純油的臨界穿透壓力64-65
• 2.3.2.2 水下油的臨界穿透壓力65
• 2.3.3 表面張力分析65-67
• 2.3.3.1 膜的表面接觸角表征65-66
• 2.3.3.2 水下超疏油機(jī)理分析66-67
• 2.4 基于毛細(xì)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算67-71
• 2.4.1 毛細(xì)流動(dòng)速率67-68
• 2.4.1.1 毛細(xì)流動(dòng)速率方程68
• 2.4.1.2 體積流速68
• 2.4.1.3 平均毛細(xì)管速率68
• 2.4.2 膜通量計(jì)算68-70
• 2.4.2.1 理論推導(dǎo)計(jì)算69
• 2.4.2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證69-70
• 2.4.3 毛細(xì)力學(xué)對(duì)膜分離機(jī)理的分析70-71
• 2.5 本章小結(jié)71-73
• 第三章 超親水及水下超疏油高分子復(fù)合膜的制備及油水分離性能73-92
• 3.1 前言73-74
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分74-80
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料74-76
• 3.2.2 儀器設(shè)備76
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟76-78
• 3.2.3.1 溶膠-凝膠法制備納米硅溶膠76-77
• 3.2.3.2 羥基丙烯酸樹脂水分散體的制備77
• 3.2.3.3 PVA水溶液的配制77-78
• 3.2.3.4 超親水網(wǎng)膜的制備78
• 3.2.4 測(cè)試與表征78-80
• 3.2.4.1 粘度測(cè)試78
• 3.2.4.2 粒徑測(cè)試78-79
• 3.2.4.3 分子量測(cè)試79
• 3.2.4.4 紅外測(cè)試79
• 3.2.4.5 接觸角測(cè)試79
• 3.2.4.6 掃描電子顯微鏡分析79
• 3.2.4.7 分離前后含油量測(cè)試79-80
• 3.2.4.8 膜的物理性能測(cè)試80
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論80-90
• 3.3.1 羥基丙烯酸樹脂的合成與表征80-81
• 3.3.2 納米SiO_2表征81-83
• 3.3.3 PVA水凝膠復(fù)合膜表面形貌分析83-85
• 3.3.3.1 無機(jī)粒子摻雜比例多表面形貌的影響83-84
• 3.3.3.2 涂裝次數(shù)對(duì)表面形貌的影響84-85
• 3.3.4 PVA水凝膠復(fù)合膜表面浸潤(rùn)性分析85-87
• 3.3.5 PVA水凝膠復(fù)合膜油水分離性能測(cè)試87-88
• 3.3.6 PVA水凝膠復(fù)合膜的機(jī)械性能測(cè)試88-89
• 3.3.7 交聯(lián)劑用量對(duì)膜性能的影響89-90
• 3.4 本章小結(jié)90-92
• 第四章 UV固化超親水及水下超疏油復(fù)合膜的制備及油水分離性能92-116
• 4.1 前言92-93
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分93-99
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料93-94
• 4.2.2 儀器設(shè)備94-95
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟95-96
• 4.2.3.1 UV固化PUA/EA復(fù)合乳液的制備95-96
• 4.2.3.2 UV固化超親水及水下超疏油膜的制備96
• 4.2.4 測(cè)試與表征96-99
• 4.2.4.1 NCO含量測(cè)定97
• 4.2.4.2 固化時(shí)間及固化膜性能測(cè)試97
• 4.2.4.3 表面張力測(cè)定97
• 4.2.4.4 柔韌性測(cè)定97
• 4.2.4.5 粒徑測(cè)定97
• 4.2.4.6 電導(dǎo)率測(cè)定97
• 4.2.4.7 透射電鏡測(cè)定97
• 4.2.4.8 熱分析測(cè)定97-98
• 4.2.4.9 紅外測(cè)試98
• 4.2.4.10 接觸角測(cè)試98
• 4.2.4.11 掃描電子顯微鏡分析98
• 4.2.4.12 分離前后含油量測(cè)試98-99
• 4.2.4.13 膜的物理性能測(cè)試99
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論99-115
• 4.3.1 UV固化復(fù)合乳液的制備99-107
• 4.3.1.1 紅外分析99-100
• 4.3.1.2 羧基含量對(duì)PUA預(yù)聚體乳化能力的影響100-101
• 4.3.1.3 羧基含量對(duì)乳化過程-相反轉(zhuǎn)過程的影響101-103
• 4.3.1.4 中和度的影響103-104
• 4.3.1.5 EA含量的影響104-107
• 4.3.2 UV固化超親水復(fù)合膜表面形貌分析107-110
• 4.3.2.1 膜的表面形貌分析107-108
• 4.3.2.2 納米SiO_2摻雜量對(duì)膜形貌的影響108-110
• 4.3.3 UV固化超親水復(fù)合膜表面浸潤(rùn)性分析110-111
• 4.3.4 UV固化超親水復(fù)合膜油水分離性能分析111-114
• 4.3.4.1 分離不含乳化劑油水混合物111-112
• 4.3.4.2 分離O/W型油水乳液112-114
• 4.3.5 UV固化超親水復(fù)合膜的機(jī)械性能測(cè)試114-115
• 4.4 本章小結(jié)115-116
• 第五章 濕度響應(yīng)性超親水超疏油復(fù)合網(wǎng)膜的制備及油水分離性能116-135
• 5.1 前言116-117
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分117-122
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)原料117-118
• 5.2.2 儀器設(shè)備118-119
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟119-121
• 5.2.3.1 親水納米二氧化硅的疏油改性119
• 5.2.3.2 雙親聚合物的合成119-120
• 5.2.3.3 濕度響應(yīng)油水分離膜的制備120-121
• 5.2.4 測(cè)試與表征121-122
• 5.2.4.1 紅外測(cè)試121
• 5.2.4.2 粒徑測(cè)定121
• 5.2.4.3 接觸角測(cè)試121
• 5.2.4.4 掃描電子顯微鏡分析121-122
• 5.2.4.5 分離前后含油量測(cè)試122
• 5.2.4.6 膜的物理性能測(cè)試122
• 5.3 結(jié)果與討論122-133
• 5.3.1 改性納米SiO_2的表征122-124
• 5.3.2 濕度響應(yīng)超親水復(fù)合膜表面形貌分析124
• 5.3.3 濕度響應(yīng)超親水復(fù)合膜表面浸潤(rùn)性分析124-126
• 5.3.3.1 水在濕度響應(yīng)超親水復(fù)合膜表面接觸角124-125
• 5.3.3.2 油在濕度響應(yīng)超親水復(fù)合膜表面接觸角125-126
• 5.3.4 超親水復(fù)合膜濕度響應(yīng)機(jī)理分析126-128
• 5.3.5 濕度響應(yīng)超親水復(fù)合膜油水分離性能分析128-132
• 5.3.5.1 分離不含乳化劑油水混合物128-129
• 5.3.5.2 分離O/W油水乳液129-130
• 5.3.5.3 分離W/O油水乳液130-132
• 5.3.6 濕度響應(yīng)超親水復(fù)合膜的機(jī)械性能測(cè)試132-133
• 5.4 本章小結(jié)133-135
• 結(jié)論與展望135-139
• 參考文獻(xiàn)139-157
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果157-161
• 致謝161-162
• 附件162

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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2 廖渴;葉翔宇;徐志康;;聚丙烯/碳酸鈣復(fù)合無紡布的仿生礦化制備及其在油水分離中的應(yīng)用[J];高分子學(xué)報(bào);2014年09期

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本文編號(hào)：955461