特殊浸润性海绵的制备及油水分离应用研究

发布时间：2019-09-12 03:58

【摘要】：随着社会的进步与发展,人们越来越重视环境污染问题,导致对于含油废水的处理要求也在不断提高。特殊浸润性油水分离材料以高选择性和高分离效率的特点,成为研究人员广泛关注的研究热点。因为特殊浸润性海绵的孔洞孔径远大于微滤膜和超滤膜的膜孔孔径,所以海绵被认为并不适合进行乳液的破乳。我们从海绵材料如何实现破乳的问题出发,制备了一系列具有特殊浸润性的海绵,并对这些海绵的微观形貌、浸润性和油水分离性能进行了系统研究。通过发展出吸收式破乳方法,实现了海绵对水包油型乳液的破乳,并考察了海绵的表面浸润性对乳液破乳的影响。此外,在原有的研究基础上,我们探索出基于聚丙烯酸的金属离子响应体系,可以实现材料表面浸润性的可控转变。首先,我们开发了表面具有超亲水性、疏水性和两憎性的三类聚氨酯海绵,可用于不互溶的油水混合物的分离和水包油型乳液的破乳。超亲水海绵表面的亲水涂层能够吸收水形成水凝胶层。该水凝胶层在油水分离中可以阻止油相通过网膜,在吸收式破乳过程中则起到高分子絮凝剂的作用。疏水性海绵表面的表面自由能较低,在油水分离中会阻止表面自由能较高的水相通过,在吸收式破乳过程中可以吸收乳化油滴以降低整个体系的能量。两憎性海绵不仅能用于吸收式破乳,还可以进行过滤式破乳。其次,我们合成了新型的超亲水自支撑海绵,可用于水包油型乳液的吸收式破乳。该自支撑海绵由聚丙烯酰胺和壳聚糖通过物理共混获得,制备过程十分简单。自支撑海绵吸收水后会形成带有正电荷的水凝胶层,对于阴离子型表面活性剂稳定的水包油型乳液比阳离子型的破乳分离效率更高。自支撑海绵的破乳分离效率在92%以上,能够处理4倍于自重的乳液。通过“呼吸破乳”机制可以解释多孔块状材料的吸收式破乳现象。最后,我们制备了包覆线性聚丙烯酸和聚多巴胺的油水分离网,能够实现汞离子响应的浸润性转变。分离网的聚丙烯酸涂层吸收水后可形成水凝胶进而表现出超亲水和水下疏油性。当分离网被浸泡在饱和Hg2+溶液后,Hg2+可以与材料表面的聚丙烯酸螯合产生非极性的聚丙烯酸汞,从而转变为疏水性和水下超亲油性。所制备的分离网在重力作用下,能够有效分离不互溶的油水混合物,并可通过汞离子的浓度来调节分离网的浸润性以适应不同的油水分离使用场景。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ317;TQ028.3

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