油水分离功能化表面的制备与性能研究

发布时间：2017-04-09 00:16

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【摘要】：功能化表面(Functionalized surfaces)是指一些具有某种或者同时具有多种特殊功能的表面材料。制备这些功能化表面的灵感往往来自于生物体特殊的功能结构表面,例如具有自清洁功能的荷叶表面等。更重要的是,研究者们开发了一系列功能化表面的重要应用,包括耐腐蚀、防雾、抗结冰、运动减阻、油水分离、抗污以及增浮等领域。由于工业事故或者原油运输造成的油污泄漏频发,已经对生态系统产生了严重影响。为了解决油污污染问题,科学家们想出了很多策略来设计新型的油水分离表面或者器件。因此,为了进一步拓宽功能化表面在油水分离领域的实际应用,本论文拟通过把功能化表面与调速型蠕动泵(BT300-2J)相结合,将功能协同的理论引入到设计体系当中从而发展了新一代用于油水分离的超疏水功能化器件。以非磁性海绵铜与磁性海绵镍作为非电金属沉积的基片,均匀快速地制造多尺度叠加的粗糙显微结构,进一步引入硫醇分子进行化学改性,得到的功能化表面的水接触角为151.1±0.5°而油接触角接近0°。经过巧妙的磁操控,由该表面设计组装的器件可以连续高效地分离并且集成油水混合物中离散在不同部位的油污。将泵速依次设为30 rpm、40 rpm、50 rpm、60 rpm、70 rpm、80 rpm,集油器里始终不会收集到任何水。实验结果表明,该器件的平均油水分离效率高达95%。为了说明该器件高效收集的机理,我们首次描述了空气开关的概念,即利用泵管与该器件底部之间～1 mm厚的空气层作为自适应集油开关来实现油污“开-停-开”连续收集功能。此外,该器件对于单一油污以及两种以上油污都可以连续循环使用10次以上,满足了当今社会发展对于材料环保、廉价、智能的要求。
【关键词】：高效收集 空气开关 磁操控 自适应
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB306;TQ051.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-33
• 1.1 表面润湿性质的科学理论概述15-26
• 1.1.1 亲水表面与疏水表面的表面性质15-18
• 1.1.2 超亲水表面与超疏水表面的表面性质18-20
• 1.1.3 理想表面与实际表面的润湿状态对比20-24
• 1.1.4 静态接触角表征24-25
• 1.1.5 动态接触角表征25-26
• 1.2 生命体中的超疏水表面26-27
• 1.3 超疏水表面的制备方法27-28
• 1.4 超疏水表面的功能化与应用28-33
• 1.4.1 耐腐蚀28-29
• 1.4.2 防雾29
• 1.4.3 抗结冰29-30
• 1.4.4 运动减阻30
• 1.4.5 油水分离30
• 1.4.6 抗污30-31
• 1.4.7 增浮31
• 1.4.8 其他应用31-33
• 第二章 课题研究意义及研究内容33-35
• 2.1 研究意义33-34
• 2.2 研究内容34-35
• 第三章 功能化表面的制备35-49
• 3.1 本章引言35-36
• 3.2 仪器和药品36-37
• 3.2.1 实验仪器37
• 3.2.2 实验药品37
• 3.3 实验部分37-40
• 3.3.1 金属海绵与硅片的预处理38
• 3.3.2 金属海绵的非电金属沉积38
• 3.3.3 粗糙银簇的化学改性38-39
• 3.3.4 两步修饰过后基片表面的CA测试39
• 3.3.5 两步修饰过程中基片表面的SEM测试39
• 3.3.6 两步修饰过程中基片表面的EDX测试39-40
• 3.4 实验结果与讨论40-47
• 3.4.1 SHB与SOL的宏观CA表征40-41
• 3.4.2 SHB与SOL的微观CA表征41-42
• 3.4.3 两步修饰过程中基片表面微观形貌的SEM对比42-43
• 3.4.4 两步修饰过程中基片表面化学组成的EDX对比43-46
• 3.4.5 功能化表面SHB与SOL的机理46-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 功能化器件的组装及应用49-67
• 4.1 本章引言49-50
• 4.2 仪器和药品50-52
• 4.2.1 实验仪器51
• 4.2.2 实验药品51-52
• 4.3 实验部分52-60
• 4.3.1 概念型功能化器件的组装52
• 4.3.2 概念型器件对浮油的定域处理52-53
• 4.3.3 概念型器件对浮油连续分离与集成53-55
• 4.3.4 概念型器件对浮油连续分离与集成的机理55-56
• 4.3.5 实用型功能化器件的组装56-57
• 4.3.6 实用型器件对实际水上/水下油污的定域处理57-58
• 4.3.7 实用型器件对实际油污的连续分离与集成58-60
• 4.4 实验结果与讨论60-65
• 4.4.1 实用型器件分离效率对比60-61
• 4.4.2 实用型器件集成速率对比61
• 4.4.3 实用型器件智能油水分离61-62
• 4.4.4 实用型器件漂浮的稳定性62
• 4.4.5 实用型器件耐酸碱稳定性62-63
• 4.4.6 实用型器件循环使用寿命63-64
• 4.4.7 实用型器件在未来的构想64-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-77
• 研究成果及发表的学术论文77-79
• 作者和导师简介79-80
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书80-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 钟明强;郑建勇;冯杰;;以多孔CaCO_3微球为模板制备聚乙烯超疏水表面[J];高等学校化学学报;2010年12期

2 刘斌;傅叶R，

本文编号：294046