黄铜丝网表面修饰的微纳米结构在油水分离方面的应用研究

发布时间：2020-05-16 13:32

【摘要】：本文以黄铜丝网为基底材料,首先通过电化学沉积在黄铜丝网表面引入金属锌,然后经过水热氧化生长的方式得到了表面长有均匀氧化锌纳米棒的黄铜丝网。制备得到的黄铜丝网由于其表面具有特殊的微纳米结构使其拥有了表面超亲水水下超疏油的特殊浸润性能,这在油水混合污染物的处理方面有很大的应用前景。电化学沉积反应中,醋酸锌是反应所需金属锌的来源,用一定浓度的醋酸锌作为电化学沉积反应液在一定的温度和电流强度下进行电化学沉积,得到表面覆盖有金属锌的阴极黄铜丝网,接着将阴极黄铜丝网作为反应基底材料垂直放入高压反应釜中,以醋酸锌的碱溶液为水热反应液进行水热反应最终得到了表面覆盖有氧化锌微纳米棒的黄铜丝网。对电化学沉积电压、电化学沉积时间,水热反应中醋酸锌浓度与氢氧化钠的浓度比以及水热反应时间和水热温度等条件做了多次重复性优化实验。最终得出:在醋酸锌浓度为3m mol L~(-1),电化学沉积电压为3V、沉积时间90s,水热反应中醋酸锌浓度与氢氧化钠的浓度比为1:4,水热反应时间为24h时,水热温度为130℃,实验达到最优结果,此时得到的黄铜丝网对多种油水混合污染物都有良好的分离效能,其水下超疏油接触角均在150°以上,水通量大于50L m~-22 min~(-1),分离后水中的含油量均低于50ppm。本研究对制备得到的黄铜丝网的表面微纳米结构通过借助扫描电子显微镜(SEM),X-射线衍射仪(XRD)以及能谱分析仪(EDS)等进行了系统表征。并对其表面微纳米结构的形成机理和其表现出的特殊润湿性能进行了详细的探究和说明。通过设计油水分离实验装置结合接触角和表面张力仪等对制备得到的黄铜丝网的油水分离效率、重复使用能力以及表面润湿性能进行了探究,结果表明制备得到的黄铜丝网在进行了10次以上的重复分离操作后其水下超疏油接触角仍能保持在150°以上,这说明制备得到的黄铜丝网有很好的重复利用性能在实际生活中有很大的应用前景。通过相转移催化反应在上述制备的黄铜丝网表面又修饰一层聚丙烯腈(PAN)聚合物膜层。在PAN聚合物膜层上产生了丰富的微纳米凝胶孔道,而且由于之前黄铜丝网表面生长着氧化锌纳米棒,在PAN薄膜进行相分离的过程中进一步丰富了其表面的微纳米结构,新制备的黄铜丝网由于其表面微纳米结构的存在而表现出更强的亲水性和水下超疏油性。在相转移催化反应过程中,首先将上述制备的黄铜丝网浸入浓度为8%的PAN溶液中,然后迅速转移至一定浓度的NaOH碱溶液形成的水浴中。相转移催化反应进行一段时间后黄铜丝网表面通过分子自组装形成了一层新的具有微纳米结构的聚合物膜层即PAN高分子膜层。NaOH溶液浓度是影响最终膜层结构的关键因素。通过进行多浓度NaOH探究实践实验最终得到当凝胶水浴中NaOH浓度为10%时实验结果最为理想,此时得到的覆盖有PAN高分子膜层的黄铜丝网具有较高的水通量(1.97L m~-22 min~(-1)),对多种水包油型乳液都有很好的分离效果且其水下疏油接触角均能保持在151°以上。最后实验通过扫描电子显微镜(SEM)对其进行了表面微纳米结构的分析表征,并解释了其表面微纳米结构形成的原因及机理,同时也证明了其表面微纳米结构与其拥有的特殊表面润湿效应间的关系。
【图文】：

方纤锌型氧化锌纳米棒生成所需的能量。氧化锌晶体的生长单元是存在与水热反应液中Zn(OH)42-，，通过静电作用 CTA+和 Zn(OH)42-可以形成离子对存在于水热反应液中。在水热应过程中 CTAB 成为了传递晶体生长单元也就是 Zn(OH)42-的载体。根据氧化锌晶体的生特性可以知道氧化锌一般是沿 C 轴生长，晶体生长单元通过载体 CTAB 的传递诱导相互合同时分解为氧化锌晶核随后继续沿 c 轴方向生长成为氧化锌纳米棒[65, 94, 95]。电极上发的反应如下：Andoe: H2O H++ OH-（2.1）4 OH－－ 4 e－2 H2O＋O2（2.2）Cathode: Zn2＋＋ 2 e-Zn （2.3）Hydothermal reaction: 2 Zn ＋ O22 ZnO （2.4）

.2 制备得到的表面被氧化锌纳米棒覆盖的黄铜丝网不同放大倍率的电EM images of the as-prepared BWM coated by ZnO nanorods with differen能谱分析仪(EDS Shimadzu SEDX-500, Japan)对制备得到的黄布做了相关分析，图 2.3 为分析得到的元素含量及分布图。通黄铜丝网表面同时存在着 C、O、Cu、Zn 四种元素且在制备得铜丝网上均匀分布。这也从侧面说明了选取材料为铜锌合金 基底材料保证了金属锌枝晶在黄铜丝网表面的生成以及水热定生长。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TQ028

【参考文献】

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本文编号：2666809