超亲水水下超疏油壳聚糖—二氧化钛复合膜油水分离性能的研究
发布时间：2020-08-14 15:20
【摘要】：随着经济的不断发展,大量工业含油废水的产生和频繁发生的溢油事故,给海洋、土壤及人类生活环境等带来极大的威胁,油水分离面临着巨大的挑战。目前油水分离的方法有很多,如离心分离、化学氧化、混凝-絮凝、气浮等,但这些方法普遍存在着高耗能、分离过程复杂、产生二次污染、效率低的缺点。所以,探索一种简单高效的含油废水分离方法十分重要。膜分离法因其环境友好、经济高效、占地小、容易扩大规模等优点被认为是一种先进的油水分离方法。壳聚糖作为一种无毒且可生物降解的高分子聚合物,其分子结构含有大量的具有亲水性质的羟基和氨基官能团。而且,壳聚糖中的胺类在酸性溶液中易质子化,使得壳聚糖带有正电荷并具备杰出的成膜性。二氧化钛纳米颗粒具有超亲水的表面、较高的稳定性和安全性、低成本、能自我清洁的优点,被认为是理想的油水分离材料。本实验将壳聚糖-二氧化钛复合物负载到纯醋酸纤维膜表面用于乳化油的分离,通过改变壳聚糖和二氧化钛的质量配比,制备了超亲水水下超疏油的改性膜。应用多种表征手段,包括利用扫描电子显微镜(SEM)观测油水分离前后膜表面形貌变化、利用原子力显微镜(AFM)检测膜表面粗糙度、利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析膜表面化学结构组成等,综合分析油水分离的机理。所得结论如下:(1)通过SEM图片可以清晰看到负载在膜表面的二氧化钛纳米颗粒,同时ATR-FTIR和XPS结果表明,壳聚糖以及二氧化钛成功负载在纯醋酸纤维膜表面。(2)当壳聚糖与二氧化钛质量比为3:4时,膜的油水分离效果最佳,此时膜具有超亲水水下超疏油的特征,分离十六烷乳液的通量高达6002.5 Lm-2h-1,并且油去除效率高达99.77%。(3)应用制备的CST(3:7)改性膜进行循环实验,在每次油水分离之后用少量清水冲洗,再进行下一次油水分离实验,循环次数可以达到10次。油粘附性实验表明,改性后的膜表面具有较强的抗污染特性。(4)随着二氧化钛纳米颗粒在膜表面负载量的增加,膜表面粗糙度值逐渐降低,但是膜润湿性逐渐增强,可以得出结论,本实验中超亲水的二氧化钛纳米颗粒对膜表面的润湿性起到主要作用。(5)将改性膜浸泡到腐蚀性溶液中,观测发现处理后的膜仍保持超亲水水下超疏油的特性,且处理前后扫描电镜图变化不明显,说明CST(3:4)改性膜具有高稳定性,也证明了 CST(3:4)改性膜有在工业上应用的优势。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：
所有的乳液均可以在室温下稳定数小时。逡逑２．２．４水包油乳液的分离逡逑乳液分离实验通过真空过滤装置完成，如图２－１所示，将实验用的膜夹仵两逡逑个玻璃容器中央。膜在用于油水分离操作前先被去离子水润湿，以保证达到水Ｆ逡逑１５逡逑
逡逑手段可以得到不同膜表面的化学成分信息。如图３－３所示，纯醋酸纤维膜在？逡逑３４７０邋ｃｍ—１和？２９１７邋ｃｍ—１处的吸收峰分别是由于羟基的伸缩振动和Ｃ－Ｈ的振动逡逑引起的［８５１。１７４５邋ｃｍ—１处的特征峰是由羰基振动引起的，１２３０邋ｃｍ—１处的吸收峰是逡逑由羧基中的Ｃ－０振动引起的［８６１。纯醋酸纤维膜在１０４８邋ｃｒｒＴ１处的特征峰为Ｃ－Ｏ－Ｃ逡逑的振动峰［８７１。当壳聚糖负载到醋酸纤维膜表面时，可以观测到膜表面特征峰出逡逑现明显的变化，说明了壳聚糖改变了膜表面的化学组成。在ＣＳ改性膜的红外逡逑图谱中存在１６４８0１＾处的特征峰，是由Ｃ＝Ｎ的振动引起的，证明ＣＳ中的氨基逡逑与戊二醛的醛基发生了交联反应［５°］。同时，１２８０邋ｃｍ＿１处的吸收峰是由壳聚糖分逡逑子中Ｎ－Ｈ振动引起的［７（）１。观察不同二氧化钛负载量的改性膜ＡＴＲ－ＦＴＩＲ分析曲逡逑线，可以发现所有的壳聚糖－二氧化钛改性膜在６００？９００邋ｃｎＴ１处都存在一个明逡逑显的宽峰，这是由二氧化钛纳米颗粒附着于壳聚糖基质形成Ｔｉ－０振动引起的［７ｔ逡逑８８］逡逑Ｅ逡逑＾＾逦￣邋￣ｗ逡逑＾ｘ邋Ｊ逡逑＾邋逦’——一…＇—一
Ｆｉｇ．邋３－４邋（ａ）邋ＸＰＳ邋ｓｕｒｖｅｙ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｉｓｔｉｎｅ邋ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ａｃｅｔａｔｅ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｍｏｄｉｆｉｅｄ逡逑ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋ｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ｏｆ邋（ｂ）邋Ｃ邋Ｉｓ，邋（ｃ）邋Ｎ邋Ｉｓ邋ａｎｄ邋（ｄ）邋Ｔｉ邋２ｐ．逡逑如图３－４邋（ａ）所示，在纯醋酸纤维膜和所有改性膜表而都可以检测到Ｃ兀桌逡逑（２８５．６邋ｅＶ）和０元素（５３２．６ｅＶ），而Ｎ元素（３９９．９邋ｅＶ）只在壳聚糖和壳聚糖－逡逑二氧化钛改性膜中被检测到，Ｎ元素来源于壳聚糖。一个比较强的Ｔｉ邋２ｐ峰则；丨！观逡逑在所Q嚨目蔷厶牵趸迅男阅ぶ校砻鞫趸殉晒Ω涸氐搅四け矶Ｈ绺箦义希常村澹ǎ猓舅
本文编号：2793201
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：
所有的乳液均可以在室温下稳定数小时。逡逑２．２．４水包油乳液的分离逡逑乳液分离实验通过真空过滤装置完成，如图２－１所示，将实验用的膜夹仵两逡逑个玻璃容器中央。膜在用于油水分离操作前先被去离子水润湿，以保证达到水Ｆ逡逑１５逡逑
逡逑手段可以得到不同膜表面的化学成分信息。如图３－３所示，纯醋酸纤维膜在？逡逑３４７０邋ｃｍ—１和？２９１７邋ｃｍ—１处的吸收峰分别是由于羟基的伸缩振动和Ｃ－Ｈ的振动逡逑引起的［８５１。１７４５邋ｃｍ—１处的特征峰是由羰基振动引起的，１２３０邋ｃｍ—１处的吸收峰是逡逑由羧基中的Ｃ－０振动引起的［８６１。纯醋酸纤维膜在１０４８邋ｃｒｒＴ１处的特征峰为Ｃ－Ｏ－Ｃ逡逑的振动峰［８７１。当壳聚糖负载到醋酸纤维膜表面时，可以观测到膜表面特征峰出逡逑现明显的变化，说明了壳聚糖改变了膜表面的化学组成。在ＣＳ改性膜的红外逡逑图谱中存在１６４８0１＾处的特征峰，是由Ｃ＝Ｎ的振动引起的，证明ＣＳ中的氨基逡逑与戊二醛的醛基发生了交联反应［５°］。同时，１２８０邋ｃｍ＿１处的吸收峰是由壳聚糖分逡逑子中Ｎ－Ｈ振动引起的［７（）１。观察不同二氧化钛负载量的改性膜ＡＴＲ－ＦＴＩＲ分析曲逡逑线，可以发现所有的壳聚糖－二氧化钛改性膜在６００？９００邋ｃｎＴ１处都存在一个明逡逑显的宽峰，这是由二氧化钛纳米颗粒附着于壳聚糖基质形成Ｔｉ－０振动引起的［７ｔ逡逑８８］逡逑Ｅ逡逑＾＾逦￣邋￣ｗ逡逑＾ｘ邋Ｊ逡逑＾邋逦’——一…＇—一
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