水下超疏油三维多孔材料的构筑及其去除水中污染物的研究

发布时间：2020-03-20 09:16

【摘要】：随着现代科技的迅猛发展,各种高水污染行业诸如石油、印染、化工、钢铁等在技术和产量上有了很大的提高,但随之而来的水污染问题也日益严重,其中油类、重金属离子以及各种有机溶剂是造成各种水污染的主要污染物。目前,以具备超浸润性能的材料来进行油水分离的方法已经得到了广泛关注,多种超浸润材料已经由研发到了实际应用的阶段。然而,这类材料许多都有制备工艺复杂、循环利用率低、机械性能差等缺点。本文主要利用三维多孔材料低成本、高孔隙率、具备相互贯通孔洞结构的优点,通过在材料表面修饰出微纳米结构以及化学改性处理,得到具备超亲水/水下超疏油特性的功能型绿色材料用于油水分离。主要工作和结果如下:(1)以三维多孔材料原棉作为基底,通过脱脂处理与氧化石墨烯纳米片自组装得到具备超亲水/水下超疏油性能的纤维素基功能材料,其空气下水解触角为0?,水下油接触角为170?。这种材料可以用于水中多种染料(亚甲基蓝、罗丹明B、龙胆紫)及多种油(甲苯、正十六烷、十氢萘)的同时去除,污染物去除时间短、效率高。(2)将生物质多孔材料木棉进行化学处理后打碎塑形,再通过尿素浸泡后碳化的方法在纤维表面构筑出一层g-C3N4包覆层制得碳基杂化气凝胶。这种材料具备水下超疏油性能,既能够去除水中多种不可溶的油,也能通过含氧基团的静电作用去除水中染料分子,分离效率高达98%。因为g-C3N4光催化活性,材料能实现污染物的光催化降解,再生利用率极高。同时也因为木棉的三维多孔支架结构,能容纳非常多的污染物很好地适应了批量污水的处理要求。(3)采用生物质多孔材料原棉为基底,在其纤维表面组装上凹凸棒晶体制得凹凸棒包覆棉用于同时去除水中的重金属离子与不可溶油。和前两部分工作相同的是,凹凸棒包覆棉同样具备优异的水下超疏油性能,水下油接触角高达153?,不同的是它能通过表面配位和离子交换实现水中多种重金属离子的吸附,也能够通过浸泡清洗的方式实现再生利用,是一种具备优异性能的生物质三维多孔材料。
【图文】：

图 1.1 各种水污染Figure 1.4 Various water pollution.上述这些对于染料废水和泄油事故的处理方法都存在一定问题，物理性的如吸附法净化效率低、所需吸附材料数量大、成本高；化学反应性质的方法如活性污泥法、燃烧法和分散剂法极易造成二次污染，可控性不高。因次，开发出一种具备高净化效率、高稳定性且造价低廉的新型污水分离材料，就能够在避免使用化学处理方法造成二次污染的情况下，成功应对一些染料废水及溢油事故的处理问题。基于表面润湿性能基本理论，目前已有的大部分材料都是通过控制材料表面的微观结构和化学性质来得到想要的表面润湿性，使其具备去除水中污染物的效用。1.2 极端润湿性表面在去除水中污染物上的应用

进而形成稳定的表观接触角；而对于液体不能完全润湿材料表面凹槽，无法形成稳定液固接触面的情况如图1.2(b)Cassie 模型所示,这种情况下接触角的大小就由接触部位液体、气体以及固体的表面积之比决定。另一方面，调控材料表面物质的表面能来改善材料润湿性能的研究也在进行中。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.4;X52

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本文编号：2591580