超疏水材料的制备及其油水分离特性研究

发布时间：2017-10-23 18:09

  本文关键词：超疏水材料的制备及其油水分离特性研究

  更多相关文章： Cu微纳米颗粒 硬脂酸 超疏水/超亲油油水分离材料 油水分离

【摘要】：近年来,环境污染越来越严重,尤其石油泄漏和工业有机物的排放对环境造成严重的损害。对于此类污染最常用的补救方法包括撇油器,凝固剂,分散剂,生物修复和原位燃烧。然而这些方法只关注清理,忽视了它有可能会对环境造成二次污染。而仿生的油水分离材料的引入,不仅可以使油水混合物中的油和水分离开,而且可以防止二次污染。仿生的油水分离材料主要包括超疏水-超亲油油水分离材料、超亲水/超疏油油水分离材料和智能型油水分离材料三大类。而超疏水-超亲油油水分离材料相对于其它两种分离材料更适合分离大面积的油水混合物。本论文主要研究的是在不同的基底下制备超疏水-超亲油油水分离材料。主要包括以下几部分:(1)以不锈钢滤网为基底,通过在表面电沉积Cu纳米颗粒来构筑微纳米结构,然后用低表面能的硬脂酸修饰,制备超疏水超亲油的不锈钢滤网。研究了电沉积时间、电流强度、电解液温度和电解液浓度对不锈钢滤网的接触角和滚动角的影响,得到了最佳的实验条件。该条件下制备的超疏水不锈钢滤网的水相接触角达到了152°,油相接触角为0°。对该材料的稳定性进行了研究,超声清洗1h后,还是具有超疏水性能。经过200℃高温处理,疏水性能下降,即该材料不适合高温油水分离。以及p H的适用范围5-11等。使用该材料进行的油水分离测试表明,该材料可以高效快速地分离一系列油水混合物(重油或轻油),同时具有良好的分离效率和稳定性,并可以循环使用。(2)面料相较于不锈钢滤网,它具有优良的透气性,柔软,且廉价和无处不在。以面料为基底,通过在纤维膜表面自组装一层GO(氧化石墨烯)/CPAM(阳离子聚丙烯酰胺)复合膜,然后用硼氢化钠在室温下快速还原,制备了NG(还原的氧化石墨烯)负载的导电纤维膜,然后在表面电镀一层Cu纳米颗粒来构筑微纳米结构,再用硬脂酸修饰制备超疏水且超亲油的纤维膜。研究了电镀电压和电镀时间对纤维膜的接触角的影响,得到了最佳的实验条件。该条件下制备的超疏水纤维膜的水相接触角达到了153°,而油相则会快速渗透表面。同时研究了该材料p H的适用范围为2-14。使用该材料进行的油水分离测试表明,该材料可以高效快速地分离一系列油水混合物(重油或轻油),同时具有良好的分离效率和稳定性,并可以循环使用。(3)三聚氰胺海绵(三聚氰胺-甲醛海绵,表示为MF海绵)不仅具有海绵的优点,而且是一种理想的阻燃剂,在油水分离过程中减少火灾和爆炸的危险。以MF海绵为基底,在海绵骨架上分别通过GO/CPAM复合膜的构筑,电沉积Cu纳米颗粒和硬脂酸修饰制备超疏水超亲油的MF海绵。研究了电沉积铜的时间对于制备MF海绵接触角的影响,得出90min是最佳的电沉积时间;该条件下制备的超疏水MF海绵水相的接触角为154°,油相的接触角为0°。同时研究了该材料p H的适用范围为5-13。超疏水MF海绵具有油水分离的特性。不仅可以通过将超疏水MF海绵浸入油水混合物中,然后通过挤压的方法,将油从海绵中挤出,从而实现油水分离。而且可以通过泵抽的方法,来实现油水分离。但是超疏水MF海绵用泵抽循环使用8次后,超疏水特性遭到破坏。
【关键词】：Cu微纳米颗粒 硬脂酸 超疏水/超亲油油水分离材料 油水分离
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 主要符号说明10-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 前言11
• 1.2 油水分离材料的研究进展11-26
• 1.2.1 自然界中存在的超疏水现象以及研究11-13
• 1.2.2 超疏水表面的理论基础13-15
• 1.2.3 油水分离材料的发展15-16
• 1.2.4 油水分离材料的研究16-26
• 1.2.4.1 超疏水-超亲油油水分离材料16-24
• 1.2.4.2 超亲水-超疏油油水分离材料的研究24-25
• 1.2.4.3 智能型油水分离材料的研究25-26
• 1.3 本论文研究内容26-28
• 第二章 超疏水/超亲油不锈钢滤网的制备及其在油水分离中的应用28-41
• 2.1 引言28
• 2.2 实验部分28-29
• 2.2.1 试剂与仪器28-29
• 2.2.2 实验过程29
• 2.3 实验结果与讨论29-35
• 2.3.1 形貌表征29-30
• 2.3.2 润湿性表征30-31
• 2.3.3 EDS表征31-32
• 2.3.4 实验的影响因素32-35
• 2.3.4.1 电解液中Cu~(2+)的浓度32-33
• 2.3.4.2 电沉积时间33-34
• 2.3.4.3 电流强度34-35
• 2.3.4.4 电解液温度35
• 2.4 油水分离性能测试35-37
• 2.5 材料性能测试37-40
• 2.5.1 超声清洗37
• 2.5.2 温度37-38
• 2.5.3 pH38
• 2.5.4 时间38-40
• 2.6 结论40-41
• 第三章 超疏水/超亲油纤维膜的制备及其在油水分离中的应用41-53
• 3.1 引言41
• 3.2 实验部分41-43
• 3.2.1 试剂与仪器41-43
• 3.2.2 实验方法43
• 3.2.2.1 纤维膜/CPAM的制备43
• 3.2.2.2 纤维膜/CPAM/GO的制备43
• 3.2.2.3 纤维膜/CPAM/NG的制备43
• 3.2.2.4 纤维膜/CPAM/NG/Cu的制备43
• 3.2.2.5 硬脂酸修饰纤维膜/CPAM/NG/Cu43
• 3.3 结果与讨论43-46
• 3.3.1 扫描电镜表征43-45
• 3.3.2 EDS表征45
• 3.3.3 纤维膜表面的红外表征及分析45-46
• 3.4 润湿性能测试46-48
• 3.5 实验影响因素48-50
• 3.5.1 电镀电压48-49
• 3.5.2 电镀时间49-50
• 3.5.3 pH50
• 3.6 油水分离性能测试50-52
• 3.7 结论52-53
• 第四章 超疏水三聚氰胺（MF）海绵的制备及其油水分离中的应用53-67
• 4.1 引言53-54
• 4.2 实验部分54-55
• 4.2.1 试剂和仪器54-55
• 4.2.2 超疏水MF海绵复合材料的制备55
• 4.2.2.1 MF海绵/CPAM的制备55
• 4.2.2.2 MF海绵/CPAM/GO的制备55
• 4.2.2.3 MF海绵/CPAM/NG的制备55
• 4.2.2.4 MF海绵/CPAM/NG/Cu的制备55
• 4.2.2.5 硬脂酸修饰MF海绵/CPAM/NG/Cu55
• 4.3 实验结果与讨论55-61
• 4.3.1 形貌表征55-56
• 4.3.2 扫描电镜表征56-58
• 4.3.3 EDS表征58-59
• 4.3.4 电沉积铜的时间对复合材料疏水性能的影响59-60
• 4.3.5 不同pH值对超疏水MF海绵疏水性能的影响60-61
• 4.4 超疏水MF海绵的特殊浸润性能研究61-63
• 4.5 超疏水MF海绵的油水分离过程63-65
• 4.6 结论65-67
• 第五章 总结67-69
• 参考文献69-76
• 个人简历 在读期间发表的学术论文76-77
• 致谢77

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