超疏水亲油3D分级结构γ-AlOOH膜的制备及油水分离性能研究

发布时间：2017-10-11 20:41

  本文关键词：超疏水亲油3D分级结构γ-AlOOH膜的制备及油水分离性能研究

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【摘要】：本文采用简单的水热法以硝酸铝为铝源,尿素、碳酸氢钠、草酸钠、磷酸钠为沉淀剂及形貌调控剂,在不锈钢网表面成功制备出纳米片、纳米花、纳米椭球、捆束状四种不同形貌的超疏水亲油γ-AlOOH涂覆的油水分离网膜。对所制备样品进行了表征,并研究其油水分离性能。主要研究内容和结果如下:以尿素、碳酸氢钠、草酸钠、磷酸钠为沉淀剂,分别研究了沉淀剂添加量、反应时间、反应温度对产物形貌的影响。当尿素添加量4mmol在150℃条件下反应4h,制备得到由纳米片自组装形成的纳米花状分级结构勃姆石涂覆分离膜,单个纳米花长度介于600-800nm,宽度介于400-600nm。当增加尿素添加量、反应温度及时间时得到以纳米片为底层,纳米花为顶层的“双层”结构分离膜。当碳酸氢钠添加量0.02mmol在190℃条件下反应24h,所得涂覆分离膜由长度800-900nm,宽度500-700nm的椭球状勃姆石堆砌构成。当草酸钠添加量0.02mmol在190℃条件下反应24h,得到涂覆分离膜由长度0.7-0.9um,宽度0.7-0.8um椭球状勃姆石堆砌而成。当磷酸钠浓度0.02mmol在190℃下反应24h,所得涂覆分离膜由纳米针状结构自组装形成长度约0.9-1um,宽度400-500nm的纳米捆束状分级结构γ-AlOOH堆砌而成。分级结构勃姆石的形成机理:在水热过程中,硝酸铝所含的铝离子与无机盐水解出的氢氧根离子结合生成氢氧化铝胶体,随反应继续进行生成勃姆石微晶;无机盐水解出的阴离子与勃姆石表面相互作用,改变其表面能及离子择优生长方向,形成不同形貌的勃姆石纳米单元,这些纳米单元在范德华力作用下自组装形成分级结构。对所制备分离膜进行润湿性测定及油水分离性能研究。结果表明:制备的γ-AlOOH膜均具有超疏水亲油性能,并表现出良好的油水分离效率。对于尿素体系,尿素添加量为6.4mmol反应条件为150℃下4h时,所得纳米花状“双层”结构分离膜具有最大润湿角169.5°,油水分离效率最高达99.5%。对于碳酸氢钠体系,碳酸氢钠添加量0.02mmol反应条件为190℃下24h,所得椭球状分离膜的分离效果最佳,水的接触角为169.5°,油水分离效率最高达99.5%。对于草酸钠体系,草酸钠添加量0.02mmol反应条件为190℃下24h,所得纳米椭球状分离膜具有最大水的接触角值168.9°,油水分离效率最高达99.4%。对于磷酸钠体系,磷酸钠添加量0.02mmol反应条件为190℃下24h,所得分级结构捆束状分离膜分离效果最佳,水的接触角为165.3°,油水分离效率最高达到98.5%。
【关键词】：分级结构 勃姆石 水热法 超疏水亲油 油水分离
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1. 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 超疏水表面的制备11-14
• 1.2.1.1 超疏水表面的制备原理11-12
• 1.2.1.2 超疏水表面的制备方法12-14
• 1.2.2 油水分离技术研究现状14-17
• 1.2.2.1 含油废水的来源14
• 1.2.2.2 油类在水体中的存在形式14-15
• 1.2.2.3 含油废水常用处理方法15-17
• 1.2.3 超疏水表面在油水分离方面应用现状17-18
• 1.2.3.1 超疏水超亲油膜17
• 1.2.3.2 超疏水超疏油膜17
• 1.2.3.3 超疏水性能转变膜17-18
• 1.3 存在的问题18
• 1.4 研究意义及内容18-20
• 2. 实验部分20-24
• 2.1 实验试剂20
• 2.2 实验仪器及设备20-21
• 2.3 样品制备实验21-22
• 2.4 油水分离实验22-23
• 2.4.1 油水分离装置22
• 2.4.2 油水分离方法22-23
• 2.5 样品表征23-24
• 2.5.1 X射线衍射表征（XRD）23
• 2.5.2 扫描显微镜表征（SEM）23
• 2.5.3 视频光学角接触仪（DropMeterA-100p）23-24
• 3. γ-AlOOH涂覆的油水分离网膜的制备24-50
• 3.1 原始不锈钢网表面形貌及其润湿性能24-25
• 3.2 网膜预处理工艺及形貌25-28
• 3.2.1 预处理时间的影响25-27
• 3.2.2 不锈钢网孔径的影响27-28
• 3.3 尿素制备γ-AlOOH网膜研究28-35
• 3.3.1 实验28-29
• 3.3.2 尿素摩尔量对勃姆石微观结构的影响29-32
• 3.3.3 水热反应时间对勃姆石微观结构的影响32-33
• 3.3.4 水热反应温度对勃姆石微观结构的影响33-35
• 3.4 碳酸氢钠制备γ-AlOOH网膜研究35-40
• 3.4.1 实验35
• 3.4.2 碳酸氢钠摩尔量对勃姆石微观结构的影响35-37
• 3.4.3 水热反应时间对勃姆石微观结构的影响37-40
• 3.5 草酸钠制备γ-AlOOH网膜研究40-43
• 3.5.1 实验40
• 3.5.2 草酸钠浓度对勃姆石微观结构的影响40-42
• 3.5.3 反应时间对勃姆石微观结构的影响42-43
• 3.6 磷酸钠制备γ-AlOOH网膜研究43-47
• 3.6.1 实验43-44
• 3.6.2 磷酸钠浓度对勃姆石微观结构的影响44-46
• 3.6.3 反应时间对勃姆石微观结构的影响46-47
• 3.7 分级结构勃姆石形成机理分析47-48
• 本章小结48-50
• 4. γ-AlOOH网膜表面润湿性及油水分离性能研究50-62
• 4.1 尿素体系50-55
• 4.1.1 不同尿素添加量产物的润湿性50-51
• 4.1.2 不同反应时间产物的润湿性及油水分离性能51-54
• 4.1.3 不同反应温度产物的润湿性及油水分离效率54-55
• 4.2 碳酸氢钠体系55-58
• 4.2.1 不同碳酸氢钠添加量产物的润湿性55-56
• 4.2.2 不同反应时间所得产物的润湿性56-57
• 4.2.3 碳酸氢钠体系油水分离效率57-58
• 4.3 草酸钠体系58-60
• 4.3.1 不同草酸钠添加量产物的润湿性58
• 4.3.2 不同反应时间所得产物的润湿性58-59
• 4.3.3 草酸钠体系油水分离效率59-60
• 4.4 磷酸钠体系60
• 4.4.1 磷酸钠体系油水分离效率60
• 本章小结60-62
• 5. 结论和展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果69

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