超浸润性界面材料的制备及其在油水分离中的应用
发布时间：2021-09-29 15:10
随着全球能源需求的快速增长,原油开采不断加剧,海洋溢油、漏油和工业用油的随意排放,给生态环境和人类生活造成了严重的伤害。众所周知,水相和油相的表面张力存在明显的差异,因此可以尝试使用对水和油具有不同润湿性能的材料来处理油水混合物。受自然界中许多动植物超浸润现象的启发,人们研究制备了多种超润湿材料,如超疏水/超亲油材料、超亲水/水下超疏油材料等,并将它们应用于油水分离中,但这些材料普遍存在原材料价格昂贵、制备过程复杂和稳定性差等缺点。为了解决这些缺陷,本文以生活中常见的、廉价的材料作为基底,制备出了多种具有超浸润性界面的油水分离材料,并研究了这些材料的油水分离性能。主要结论如下:1.采用密度小、孔隙率高、耐高温的三聚氰胺-甲醛（MF）商用海绵为基体,制备了一种具有超疏水/超亲油性能的海绵。受荷叶效应的启发,首先利用聚吡咯和纳米银（Ag）颗粒在MF海绵表面构筑粗糙的微-纳米结构,最后修饰一层低表面能的化学物质（十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷）。对原始海绵及改性后的海绵分别通过扫描电子显微镜（SEM）,全反射傅立叶红外光谱（ATR-FTIR）以及X射线光电子能谱分析仪（XPS）等表征手段证明其表...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
a)鱼鳞表面光学图片；b)鱼鳞表面结构SEM图
表面构筑一定的粗糙结构，然后再用低表面能物质对粗糙表面进行修饰；2) 在低表面能固体物质表面直接构筑粗糙结构。图1-5 集油泵装置从水中连续收集浮油的照片Fig.1-5 Photographs of the oil collection apparatus continuously collecting floating oil (n-hexanedyed in red) on a moving water surface[55]江雷课题组首次报道利用简单的喷雾干燥法制备了超疏水/超亲油钢网[56]，并且仅依靠重力的作用，成功地分离了菜籽油和水的混合物。该研究成果引起国内外学者的极大关注。例如，HaChang-Sik 课题组[57]利用荷叶粉，羟基聚二甲基硅
超疏水/超亲油MF海绵可通过简单的吸附-挤压的机械过程来实现回收重复利用。超疏水 MF 海绵吸油前后的质量通过方程 2-1 计算得到。2.3 结果与讨论2.3.1 超疏水/超亲油 MF 海绵的性能分析制备超疏水/超亲油 MF 海绵，首先要将原始的 MF 海绵作为基底浸入无水FeCl3的乙醇溶液中，以 Fe3+作为氧化剂，使吡咯单体在海绵表面蒸汽氧化聚合上一层粗糙的聚吡咯 (Polypyrrole,PPy)，得到 MF/PPy海绵。制备过程如图 2-1 所示，白色 MF 海绵易于物理吸收氯化铁后变黄，吡咯聚合后，在海绵表面形成了一层黑色的聚吡咯层。 然后，由于聚吡咯本身具有一定的还原性，Ag 纳米颗粒可以在不添加任何还原剂的情况下，用 AgNO3水溶液原位还原而得到，形成 MF/PPy/Ag 海绵。 最后，在 MF/PPy/Ag 海绵上共价接枝 G502 以形成氟化的自组装单层表面，从而得到超疏水的 MF/PPy /Ag/F 海绵。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于油水分离的超疏水氧化锌海绵的制备及其性能[J]. 程千会,刘长松. 中国表面工程. 2018(01)
[2]超疏水材料在油水分离领域应用研究现状及存在的问题[J]. 张雪梅,高晓明,牛风兴,杨晓霞. 辽宁化工. 2017(12)
[3]A Review of the Development of Properties and Structures Based on Konjac Glucomannan as Functional Materials[J]. 袁毅,王林,庞杰,洪馨,穆若郡,王维海,谢丙清. 结构化学. 2017(02)
[4]仿生水下超疏油表面[J]. 薛众鑫,江雷. 高分子学报. 2012(10)
[5]海洋漏油之灾[J]. 青云. 生命与灾害. 2011(10)
本文编号：3413928
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
a)鱼鳞表面光学图片；b)鱼鳞表面结构SEM图
表面构筑一定的粗糙结构，然后再用低表面能物质对粗糙表面进行修饰；2) 在低表面能固体物质表面直接构筑粗糙结构。图1-5 集油泵装置从水中连续收集浮油的照片Fig.1-5 Photographs of the oil collection apparatus continuously collecting floating oil (n-hexanedyed in red) on a moving water surface[55]江雷课题组首次报道利用简单的喷雾干燥法制备了超疏水/超亲油钢网[56]，并且仅依靠重力的作用，成功地分离了菜籽油和水的混合物。该研究成果引起国内外学者的极大关注。例如，HaChang-Sik 课题组[57]利用荷叶粉，羟基聚二甲基硅
超疏水/超亲油MF海绵可通过简单的吸附-挤压的机械过程来实现回收重复利用。超疏水 MF 海绵吸油前后的质量通过方程 2-1 计算得到。2.3 结果与讨论2.3.1 超疏水/超亲油 MF 海绵的性能分析制备超疏水/超亲油 MF 海绵，首先要将原始的 MF 海绵作为基底浸入无水FeCl3的乙醇溶液中，以 Fe3+作为氧化剂，使吡咯单体在海绵表面蒸汽氧化聚合上一层粗糙的聚吡咯 (Polypyrrole,PPy)，得到 MF/PPy海绵。制备过程如图 2-1 所示，白色 MF 海绵易于物理吸收氯化铁后变黄，吡咯聚合后，在海绵表面形成了一层黑色的聚吡咯层。 然后，由于聚吡咯本身具有一定的还原性，Ag 纳米颗粒可以在不添加任何还原剂的情况下，用 AgNO3水溶液原位还原而得到，形成 MF/PPy/Ag 海绵。 最后，在 MF/PPy/Ag 海绵上共价接枝 G502 以形成氟化的自组装单层表面，从而得到超疏水的 MF/PPy /Ag/F 海绵。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于油水分离的超疏水氧化锌海绵的制备及其性能[J]. 程千会,刘长松. 中国表面工程. 2018(01)
[2]超疏水材料在油水分离领域应用研究现状及存在的问题[J]. 张雪梅,高晓明,牛风兴,杨晓霞. 辽宁化工. 2017(12)
[3]A Review of the Development of Properties and Structures Based on Konjac Glucomannan as Functional Materials[J]. 袁毅,王林,庞杰,洪馨,穆若郡,王维海,谢丙清. 结构化学. 2017(02)
[4]仿生水下超疏油表面[J]. 薛众鑫,江雷. 高分子学报. 2012(10)
[5]海洋漏油之灾[J]. 青云. 生命与灾害. 2011(10)
本文编号：3413928
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