功能性三维超疏水材料的构建及其在油水分离中的应用研究

发布时间：2021-03-02 17:23

　　来自不同领域含油废水的排放以及频发的石油泄漏事故对环境已经造成了严重的污染。含油废水的处理已成为全球性挑战之一,如何实现高效的油水分离以及污染物的去除成为了亟待解决的问题。近些年,具有粗糙表面结构以及低表面能的超疏水材料由于良好的选择性以及优异的油水分离能力受到了全世界的广泛关注。许多超疏水材料旨在于层状油水混合物的分离,对于油水乳液混合物的分离以及可溶性的污染物的处理则显得捉襟见肘。此外,一些超疏水材料在制备过程中使用到了含氟类物质,不但会对环境造成二次污染而且危害到了人体的健康。这些因素严重限制了超疏水材料在实际的油水分离中的应用。因此,为了弥补超疏水材料在复杂体系应用中的不足,本文以材料的选择与设计为出发点,通过简单、环保、成本低廉的方法设计并合成了两种具有多功能的超疏水材料,实现了层状油水混合物、油水乳液混合物以及可溶性污染物的同步去除,满足了复杂体系中油水分离的需求,主要操作如下:通过简单的一步低温水热法在聚氨酯（PU）海绵骨架表面均匀有序地生长具有三维毛丹状的β-NiOOH微球（3D-β-NiOOH）,构建出具有分级微纳米结构的粗糙表面,通过接枝无氟疏水性月桂酸（LA）降低... 

【文章来源】：辽宁大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

超疏水铜网表面的粗糙结构

第1章引言5出优异的疏水性，可在无外加动力源的条件下对多种层状油水混合物实现高效的分离。此外，由于材料优异的疏水性，在重力的驱动下乳液体系中的油类会顺利穿过材料，乳化后的水滴则被排斥在材料外，实现了层状油水混合物以及油包水乳液的同步分离。Tudu等人[30]将TiO2纳米粒子涂敷在铜网表面以增大其表面粗糙度，经过全氟癸基三乙氧基硅烷的改性，合成了具有乳液分离能力的超疏水铜网。当油水乳液混合物通过铜网时，接枝在TiO2纳米粒子表面的全氟癸基三乙氧基硅烷分子会对乳化后的水滴进行高效地捕获，对乳液体系产生了稳定的破乳作用，实现了层状油水混合物及油水乳液混合物的高效分离。经多次循环后，材料仍具有较高的分离效率，具有较大的应用潜力。研究人员们通过构建更为粗糙的表面结构，赋予了超疏水材料稳定的破乳能力，成功地实现了层状油水混合物及油水乳液混合物的同步高效的分离，弥补了超疏水材料在油水乳液分离应用中的短板。然而，目前报道的乳液分离材料大多采用二维膜材料作为基底材料，尽管膜材料具有较高的通量，但由于其特殊的二维结构存在着渗透通道短、孔隙率低、易堵塞等缺点，使得二维膜材料在使用过程中极易受到堵塞导致分离时间过长[31-34]。因此，如何解决超疏水材料在使用过程中易堵塞的问题，提高材料的循环使用能力，已成为亟待解决的问题之一。图1-2超疏水材料破乳作用示意图

第1章引言7的智能海绵。由于具有pH响应的羟基硫醇的引入，材料可以通过pH的调控实现润湿性连续快速地转换，并在重力的驱动下对轻油-水-重油三元复合体系进行快速高效的分离，为复合污染体系的净化提供了便捷高效的新策略。通过接枝具有pH响应能力的化合物，研究人员们成功地合成了多种具有pH响应的智能超润湿材料，解决了单一润湿性的超疏水材料在复杂体系中油水分离效率低下的问题。然而，一些材料在制备过程中大量使用到了聚合物，传统自由基聚合反应的原子利用率较低，不但增加了成本而且违背了绿色化学的原则。此外，Au，Ag，Cu等重金属粒子的使用易造成重金属污染，而且这些金属粒子与基底材料间的附着力并不是很强，很容易在使用过程脱落导致材料的循环利用率下降[44]。因此，开发出一种简单、环保的新方法弥补智能超润湿材料在制备方面的不足，仍然是一项非常迫切的任务。1.2.4具有光响应能力超疏水材料的研究进展在复杂污染水体中除层状油类污染物及油水乳液污染物外，通常还会存在一些具有溶解性的污染物，例如，染料、农药等。尽管研究人员们通过对超疏水材料的设计与改造，弥补了超疏水材料在油水乳液分离及复杂体系应用中的不足，但对于可溶性污染物的处理，超疏水材料仍然表现出自身的弊端。目前针对可溶性污染物的处理方法主要包括固相吸附法、微生物降解法、萃取法、氧化还原法以及光降解法。其中光降解法由于操作方便、低成本以及高选择性等特点而得到图1-3pH响应超润湿性的机理


本文编号：3059641