超湿润聚苯硫醚油水分离超细纤维膜的制备与性能研究

发布时间：2020-06-15 20:22

【摘要】：近年来,随着工业化进程的加速,伴随而来的工业化过程中产生的原油污染以及化学试剂污染已经严重威胁人类的可持续发展。因此,有效的处理油类和有机污染物已经成为目前亟需解决的问题之一。传统的燃烧、重力沉降、离心或化学分散等处理方法,虽在一定程度上能实现油水分离,但是能耗过高、分离效率低以及会造成二次污染等缺点使其在实际应用上面临着巨大的挑战。因此,开发新型高效分离膜材料具有重要的意义。目前,应用于油水分离领域的膜材料大多存在着材料自身结构单一、孔隙率低以及制备过程复杂、后处理繁琐等一系列问题。针对上述问题,本文利用熔喷超细纤维膜纤维直径小、孔隙率高、比表面积大、功能化改性容易、结构可控性好的特点,对纤维膜的结构及湿润性进行有效调节,制备出了多种具有超湿润性的熔喷超细纤维油水分离膜材料。具体研究结果如下:(1)在荷叶表面超疏水现象的启发下,通过简单的喷涂法,在熔喷聚苯硫醚(PPS)超细纤维膜表面构筑粗糙结构,制备具有超疏水-超亲油特性的PPS超细纤维膜。考察了聚四氟乙烯(PTFE)微粉含量对熔喷PPS超细纤维膜结构及疏水性的影响;分析了纤维膜的油水分离机理;并进一步研究了其油水分离性能。实验结果表明:PTFE微粉和聚乙烯蜡粉(PEW)的引入,不仅有效降低了熔喷PPS超细纤维膜的表面能还提高了其表面粗糙度,进而使纤维膜呈现出超疏水-超亲油性能。此外,超疏水-超亲油PPS超细纤维膜能在重力作用下高效的分离多种油水混合物,最高渗透通量可达5190L m-2 h-1,分离效率高达99.5%,具有良好的循环使用性能。(2)通过将浸渍法与热压法相结合,采用壳聚糖(CTS)对熔喷PPS超细纤维膜进行修饰,制备出具有高孔隙率和小孔径的超亲水-水下超疏油PPS超细纤维膜。研究了CTS浓度对纤维膜亲水性的影响;分析了其超亲水和水下超疏油性能的机理;考察了热压对纤维膜孔径和孔隙率的影响;并进一步探究了其对不同类型的油包水乳液的分离性能以及分离机理。研究数据表明:得益于CTS自身的亲水性以及交联后在纤维表面形成的纳米级皱纹状凸起,表面修饰后的纤维膜呈现出超亲水-水下超疏油性能。通过热压可以有效的降低纤维膜的孔径,同时保持较高的孔隙率,从而提高其对油水混合物的分离效率和渗透通量。此外,超亲水-水下超疏油PPS超细纤维膜在重力下对水包油乳液的渗透通量最高可达2250L m-2 h-1,分离效率高达99.5%,且还呈现出良好的抗污染性、循环使用性以及抗菌性。
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;X703
【图文】：

海上溢油,油污染,化学试剂,人类

1 绪论言是生命之源，是人类赖以生存和发展的基础。近年来，随着社会的快速来的工业化过程中产生的油污染和化学试剂污染(如图 1.1)已经严重威胁发展[1-3]。由于人类对海洋石油的大量开采，海上溢油事件频发。2011 年莱所发生的溢油事故对大范围的海域造成不同程度的污染，其中劣四类累计约 870 平方公里[4]。海上溢油事故会导致大量的原油覆盖临近海域，成分主要是碳氢化合物和其它有毒化学物质，会对海洋生物以及沿海生远的影响，并且还严重威胁人类的身体健[5-8]；同时，化学试剂的随意排近海水域的油污染日趋严重，从而给人类赖以生存的生态环境带来极大的面对着油污染的日益加剧和水资源枯竭的问题，如何有效的处理油类和回收水资源已经成为目前亟需解决的问题之一[10]。

湿润性,自然界,表面

动下进行膜分离。反渗透膜的孔径一般为 0.1-1nm，主要用于水溶液中低分的浓缩以及溶解盐的脱除等。驱动压力一般为 1000-10000kPa。年来，这类分离膜因具有分离效率高、成本低廉，可大规模生产的特点域得到广泛的应用[19]。然而，分离膜抗污染能力差和渗透通量低的缺点应用前景。因此，通过对分离膜的结构和表面湿润性进行合理设计，提力是后续油水分离膜研究的重要方向。面湿润性概述自然界中的超湿润性表面然界的生命经过亿万年的演变，演绎出了“适者生存”的自然真谛，进化湿润性的表面(图 1.2)[20]。荷叶的表面在微纳米级粗糙结构和疏水物质的现出超疏水和自清洁性能[21]。自然界中还存在许多具有类似超疏水和自植物，例如水黾腿、蝴蝶翅膀等。此外，自然界中也同时存在大量天然例猪笼草、鲨鱼皮、花蛤内壁等。这些自然界动植物所具有的特殊湿润决问题提供了思路。

【参考文献】