超疏水不锈钢网的制备及其油水分离的应用研究

发布时间：2020-10-11 10:53

　　 物体表面的特殊润湿性是现代仿生学研究的一个重要组成部分,超疏水表面是物体表面润湿性的一个特殊情况。近年来,使用超疏水材料来进行含油废水的分离引起了人们越来越多的关注。不锈钢网作为一种廉价易得的合金材料,具有非常好的稳定性、韧性、和可加工性能。本文以不锈钢网为基体材料,使用三种不同的方法在不锈钢网上制备出了超疏水表面。主要研究内容如下:以硅酸四乙酯为反应物在碱性条件下水解制备纳米二氧化硅粒子,并使用二甲基二乙氧基硅烷作为改性剂进行疏水改性,采用直接浸泡法在100目不锈钢网表面构造了纳米级粗糙结构,最终制备出了水接触角为155°的超疏水不锈钢网。同时研究了浸泡次数和老化时间对样品超疏水性能的影响,并探讨了二氧化硅形成的机理。通过扫描电子显微镜分析了不锈钢表面形貌,用傅里叶转换红外光谱仪对不锈钢网表面成分加以分析,确定了二甲基二乙氧基硅烷成功接枝到了二氧化硅粒子上。利用化学刻蚀和自组装法在不锈钢网上制备出了超疏水表面。首先利用盐酸对不锈钢网表面进行刻蚀,然后硬脂酸和反应生成的Fe~(2+)结合生成硬脂酸铁,再将不锈钢网浸泡在硬脂酸中最终制备出了接触角为152.2°的超疏水材料。分析了反应刻蚀液浓度和反应时间对样品表面水接触角的影响,分析了反应原理,最后探究了制备的不锈钢网超疏水性能的稳定性。利用钛酸丁酯在酸性条件下水解制备二氧化钛溶胶,将溶胶涂敷在不锈钢网表面制备一层二氧化钛薄膜,作为粘接剂。以钛酸丁酯为钛源,通过水热沉积法在不锈钢网上制备出了具有微纳米复合粗糙结构的二氧化钛。通过正十八硫醇对其表面进行修饰,在不锈钢网表面制备出了水接触角为152.9°的超疏水表面。分析了二氧化钛溶胶对不锈钢的预处理对超疏水不锈钢网稳定性的影响,研究了超疏水不锈钢网的耐腐蚀性能。通过自制的油水分离装置,对环烷油、煤油、花生油和汽油进行了油水分离,研究了分离次数对其分离效率的影响。分别对三种方法制备的超疏水不锈钢网进行了耐压性能测试,并对比了理论值与实际值,发现实际值要略高于理论值。
【学位单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703;TQ028.8
【部分图文】：

图 1-1 海面浮油Figure 1. Oil slick on the sea然而，传统的油水分离技术比如蒸馏、离心等，具有占地面积大，能量消耗高等缺点，难以用于大规模油水分离。膜分离技术虽

图 1-2 荷叶表面的 SEM 照片Figure1.2 SEM images for the surface of lotus leaf[6]除此之外，自然界还存在着大量的超疏水现象，如蝴蝶的翅膀[7]和水黾的脚[8]等。科学家通过扫描电镜观察蝴蝶的翅膀发现，其表

a)(b)水在水稻叶片上的图片；(c)(d)水稻叶片在 50μm 和 1μm 的[31]. 1-4 (a) (b) Pictures of water on rice leaves; (c) (d) Electron microspictures of rice leaves at 50 and 1 micron[31]
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本文编号：2836490