凹凸棒基膜材料的制备及其选择性分离性能研究

发布时间：2017-08-24 15:16

  本文关键词：凹凸棒基膜材料的制备及其选择性分离性能研究

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【摘要】：无机膜具有优越的耐高温性、高油分浓缩性、防腐蚀性、耐酸碱性、超强的清洁性和制备过程简单、成本低等特征,在工业污水特别是含油/有机污染物废水的处理与循环利用中更具优势和应用前景。采用资源丰富、成本低的天然无机纳米材料,制备出合成方法简单、综合性能优异的新型无机膜材料是目前发展的重点。本文以天然凹凸棒(ATP)为原料,采用不同添加剂,通过简单的悬浮液铸膜法制备出ATP基薄膜,再通过低表面自由能材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性,使得薄膜由双亲性转变为超疏水超亲油性。采用扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)、X射线衍射仪(XRD)、拉伸应力-应变、热重分析(TGA)等多种分析手段对薄膜进行测试和表征,并结合吸附实验和油水分离实验对超疏水超亲油ATP基薄膜(PAT薄膜)的选择性分离性能进行了研究。1.以棒状的ATP纳米微晶粒为原料,自制二次纸浆纤维素纤维为添加剂,制备了ATP基薄膜(ATP1),对薄膜的形貌特征进行了表征并对其机械性能和热稳定性进行了研究。ATP1通过低表面自由能材料PDMS改性,制备得超疏水超亲油的ATP基薄膜(PAT1),PAT1对水的接触角为163o,滑动角为4.2o。结果表明:当ATP与添加剂的质量比为5:1时制备的薄膜,其抗拉强度(σκ=6.14 MPa)最优,热稳定性和机械柔韧性良好,对水和氯仿混合溶液的分离效率可达91%,同时具备稳定的可再生性和耐酸碱性,能够应用于油/水的快速分离。2.以MnO_2纳米线为添加剂制备得ATP基薄膜(ATP2),经PDMS气相沉积制备得超疏水、亲油的ATP基薄膜(PAT2)。采用SEM、BET、拉伸应力-应变、TGA等多种方法对薄膜进行分析表征,研究了ATP2的介孔结构、机械性能和热稳定性以及超疏水性、选择分离性、可再生性和耐酸碱性。研究结果表明:ATP2具备良好的机械稳定性、耐高温性、超疏水亲油性、选择分离性、可再生性和耐酸碱性,能够有效分离水中的油和有机污染物,在提纯、分离、石油泄漏清除等方面具有潜在的应用价值。3.采用医用脱脂棉纤维为添加剂制备得ATP基薄膜(ATP3),经PDMS/甲苯溶液改性制得超疏水膜材料(PAT3)。并通过SEM、XRD、TGA、拉伸应力-应变等分析方法对该薄膜的形貌特征、耐高温性和机械稳定性等进行了研究。结果表明:ATP3的制备过程为物理制备,整个制备中ATP的晶型没有发生改变;PAT3对水的接触角为159°,具有超疏水性、可再生性和在p H≈3-11范围内的耐酸碱性,对油/水混合溶液具有优良的选择分离特性。
【关键词】：凹凸棒 悬浮液铸膜法 有机改性 超疏水膜材料 油水分离
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstracts9-11
• 本文英文缩略词说明11-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 凹凸棒13-14
• 1.2.1 凹凸棒概述13
• 1.2.2 凹凸棒的结构特征13-14
• 1.3 凹凸棒的应用研究14-16
• 1.3.1 凹凸棒对水中重金属离子的处理14-15
• 1.3.2 凹凸棒对含油/有机污染物废水的处理15
• 1.3.3 凹凸棒对印染废水的处理15-16
• 1.3.4 凹凸棒对抗生素废水的处理16
• 1.4 膜分离技术16-19
• 1.4.1 膜分离简介17-18
• 1.4.2 膜分类18-19
• 1.5 无机膜制备方法19-21
• 1.5.1 溶胶-凝胶法19
• 1.5.2 固态粒子烧结法19-20
• 1.5.3 化学气相沉积法20
• 1.5.4 水热法20
• 1.5.5 阳极氧化法20-21
• 1.5.6 悬浮液铸膜法21
• 1.6 无机膜的应用21-24
• 1.6.1 我国无机膜的应用现状21
• 1.6.2 无机膜在化工中的应用21-22
• 1.6.3 无机膜在食品行业中的应用22
• 1.6.4 无机膜在医药行业中的应用22-23
• 1.6.5 无机膜在处理废水方面的应用23-24
• 1.7 本论文的研究目的、意义及主要内容24-26
• 1.7.1 本课题的研究目的和意义24
• 1.7.2 主要研究内容24-26
• 第2章 二次纸浆纤维素纤维/ATP基薄膜的制备及其选择性分离性能研究26-36
• 2.1 前言26
• 2.2 实验部分26-29
• 2.2.1 实验材料及仪器26
• 2.2.2 实验方法26-29
• 2.3 结果与讨论29-35
• 2.3.1 ATP的化学组成及比表面积研究29-30
• 2.3.2 ATP与ATP_1薄膜的扫描电镜30
• 2.3.3 ATP_1的机械性能和热稳定性能研究30-31
• 2.3.4 ATP_1和PAT_1的XPS测试31-32
• 2.3.5 PAT_1的表面润湿性及其对有机物的选择吸附过程32-33
• 2.3.6 PAT_1对不同有机溶剂的吸附性能测试33-34
• 2.3.7 PAT_1在油水分离中的应用研究34
• 2.3.8 PAT_1的可再生性及耐酸碱性研究34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 超长MnO_2纳米线/ATP基薄膜的制备及其选择性分离性能研究36-45
• 3.1 前言36
• 3.2 实验部分36-38
• 3.2.1 实验材料及仪器36
• 3.2.2 实验方法36-38
• 3.3 结果与讨论38-44
• 3.3.1 ATP与ATP_2薄膜的扫描电镜38-39
• 3.3.2 ATP、MnO_2纳米线和ATP_2薄膜的XRD分析39-40
• 3.3.3 ATP_2的BET分析40
• 3.3.4 ATP_2的机械性能和热重分析40-41
• 3.3.5 PAT_2的表面润湿性能测试41-42
• 3.3.6 PAT_2在油水分离中的应用研究42
• 3.3.7 PAT_2在模拟油水分离中的应用研究42-43
• 3.3.8 PAT_2的可再生性及耐酸碱性研究43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 医用脱脂棉纤维/ATP基薄膜的制备及其选择性分离性能研究45-55
• 4.1 前言45
• 4.2 实验部分45-47
• 4.2.1 实验材料及仪器45
• 4.2.2 实验方法45-47
• 4.3 结果与讨论47-53
• 4.3.1 ATP与ATP_3的扫描电镜47-48
• 4.3.2 ATP、棉纤维素纤维和ATP3的XRD分析48-49
• 4.3.3 ATP_3的BET分析49
• 4.3.4 ATP_3的机械性能分析49-50
• 4.3.5 ATP_3的热重分析50-51
• 4.3.6 PAT_3的表面润湿性及其对有机物的选择吸附过程51
• 4.3.7 PAT_3对不同有机溶剂的吸附性能51-52
• 4.3.8 PAT_3在油水分离中的应用研究52
• 4.3.9 PAT_3的可再生性及耐酸碱性研究52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 结论与展望55-57
• 5.1 结论55-56
• 5.2 展望56-57
• 参考文献57-64
• 致谢64-65
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文目录65

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