ISOBAM-104的疏水机理及其油水分离和MgO抗水化性能研究
发布时间：2021-07-23 20:56
海上油轮泄漏事故的频繁发生,不仅对环境造成了严重破坏,而且也对人类生存产生巨大影响。而传统的油水分离方法存在成本高、循环性差及效率低等问题。针对以上问题,本论文以硅藻土多孔陶瓷为基体材料,采用热处理诱导法制备了ISOBAM-104改性疏水/超亲油多孔陶瓷并将其应用于油水混合物的分离。研究了ISOBAM-104改性剂用量、热处理温度和热处理气氛等因素对ISOBAM-104改性多孔陶瓷油水分离性能的影响,并研究了ISOBAM-104的疏水机理。此外,基于热处理后ISOBAM-104的疏水特性,研究了ISOBAM-104用量及热处理温度对MgO粉体水化性能的影响。本论文的研究结果对缓解水体污染及MgO粉体抗水化性能均具有一定的意义,主要研究结果如下:1)以硅藻土粉体为原料,ISOBAM-104为结合剂和分散剂,采用发泡-注凝法制备了硅藻土多孔陶瓷。经1473 K烧结制备的多孔陶瓷（40 wt%固含量）的孔隙率为79.5%,常温耐压强度最高可达1.62 MPa。2)以ISOBAM-104为改性剂,采用热处理诱导法制备了ISOBAM-104改性的疏水/超亲油硅藻土多孔陶瓷。当ISOBAM-104...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FAS-17改性CaCO3超疏水粉体的水接触角[48]
木棉纤维自身低的密度、良好的悬浮能力和优异的结构使其具有更高的吸油能力[49]。Wang等[50]采用溶胶凝胶法制备了超疏水的木棉纤维。结果表明:亚氯酸钠可以除去木棉纤维表面的植物蜡,且可以使纤维的中空结构保存完好,从而使水解的正硅酸乙酯渗透到纤维的孔隙中并原位生成SiO2纳米颗粒;由于木棉纤维与Si-OH基团之间氢键的相互作用,使得部分SiO2纳米颗粒牢固地粘附在制备的超疏水木棉纤维表面。并测量其水润湿角结果表明,所制备超疏水木棉纤维的水接触角为151°;采用柴油和大豆油测试超疏水木棉纤维的吸附和循环性能,结果表明所制备超疏水木棉纤维对柴油和大豆油的静态吸附量分别为46.9和58.8 g/g;经过8次循环后,其吸附效率仍高于80%,表明所制备超疏水木棉纤维具有良好的吸附和循环性能。Wang等[51]以木棉纤维为基体,ZnO和十二烷硫醇为改性剂,制备了ZnO-十二烷硫醇共同改性的木棉纤维。他们先采用水热法将ZnO纳米纤维均匀负载在木棉纤维表面,再采用0.4 wt%的十二烷硫醇对制备的纤维进行表面改性,最后采用乙醇对所得纤维进行洗涤,最后经干燥得到ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维。结果表明:改性前木棉纤维的水润湿角为120°(图1.3a),进行ZnO-十二烷硫醇改性后,木棉纤维表面的水接触角可达157°,球形水滴可以稳定地停留在纤维的表面上,表明所制备的改性木棉纤维具有超疏水特性。将汽油和柴油滴在所制备的ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维表面,油滴可以立即被吸收,并且油接触角为0°,表明制备的ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维具有超疏水超亲油的特性(图1.3b);通过FTIR研究了ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维的化学成分,结果表明可以在1457 cm-1处观察到Zn-O的振动峰,在1464 cm-1处观察到S-CH2的弯曲振动峰,红外主谱进一步证实了ZnO-十二烷硫醇稳定存在于木棉纤维表面。SEM结果表明经过ZnO-十二烷硫醇改性后,木棉纤维的表面由光滑变为粗糙(图1.3c和图1.3d),由Cassie方程(1-3)可判断该粗糙表面有利于其疏水性能的提高。所制备的ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维对石蜡油及柴油等油类的吸附能力最低可达40.8 g/g,具有良好的油吸附性能。此外,即使在强酸(pH=2)或碱性(pH=12)中处理后,所制备疏水纤维的水接触角仍高于147°,表明其具有一定的耐酸性和耐碱性;所制备的ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维连续吸收氯仿、甲苯和柴油80个循环后,其水接触角仍分别高达147°、149°和148°,说明该改性木棉纤维具有良好的耐久性和循环性能。
在进行油水分离应用时,粉体/纤维材料易分散不便于回收循环利用,导致超疏水粉体的应用受限。为了降低超疏水粉体的回收难度,研究开发具有磁性便于回收的超疏水金属粉体对于超疏水粉体材料的应用有着重要的意义。Liang等[52]以Fe3O4微球为原料,以多巴胺和全氟癸基三氯硅烷为改性剂,先采用浸渍法将制备的Fe3O4微球浸于多巴胺溶液中进行表面修饰,再浸渍于全氟癸基三氯硅烷的正己烷溶液中二次改性,最后经洗涤和过滤后制备了超疏水磁性Fe3O4微球/多巴胺粉体(图1.4)。结果表明:所制备的Fe3O4微球/多巴胺超疏水粉体的水润湿角为162°,滚动角为8°,其对正己烷的吸附效率最高可达9.24 g/g,所制备超疏水粉体的回收率可达95%且具有较好的循环使用性。Wang等[53]以SiO2及Fe3O4为原料,聚乙烯吡咯烷酮为改性剂,先采用浸渍法制备聚乙烯吡咯烷酮保护的Fe3O4@SiO2疏水粉体,然后向溶液中加入St?ber溶液(200 ml乙醇,10 ml NH3H2O及3 ml正硅酸乙酯),经40 min水解且363 K下干燥后得到Fe3O4@SiO2粉体,而后将该粉体加入到100 ml的聚乙烯吡咯烷酮(60mg/mL)中得到聚乙烯吡咯烷酮保护的Fe3O4@SiO2疏水粉体。结果表明:所制备的聚乙烯吡咯烷酮保护的Fe3O4@SiO2纳米颗粒具有均匀的核壳结构(图1.5,其平均直径为128 nm,壳的厚度约为20 nm。)。经过聚乙烯吡咯烷酮改性后的Fe3O4@SiO2纳米颗粒表面变得更为粗糙,其对Phenanthrene溶液的吸附可以达到18.84 mg/g,是聚乙烯吡咯烷酮改性前的2.01倍。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同外加剂对氧化镁水化的影响[J]. 郑扬帆,段红娟,张海军,田亮. 陶瓷学报. 2018(01)
[2]纳米氧化镁的表面改性研究[J]. 王桂萍,徐哲. 沈阳理工大学学报. 2017(04)
[3]Rh/Co双金属纳米颗粒的制备及其催化制氢性能[J]. 王丽琼,焦成鹏,李赛赛,黄珍霞,赵万国,张海军. 化学通报. 2017(03)
[4]硫氧镁胶凝材料的制备及其性能研究[J]. 杨锐,江国健,沈晴昳,魏曹平,王友丰,涂添哲,赵前程,宋晖,刘思宇. 陶瓷学报. 2016(05)
[5]氧化镁两步法制备阻燃型氢氧化镁[J]. 张玉星,陈建铭,宋云华. 无机化学学报. 2014(04)
[6]镁盐及晶种对氧化镁水化合成氢氧化镁的影响[J]. 王飞,钱海燕,陈金狮. 中国粉体技术. 2013(02)
[7]超疏水磁性Fe3O4/聚多巴胺复合纳米颗粒及其油/水分离[J]. 梁伟欣,王贵元,王奔,张亚斌,郭志光. 化学学报. 2013(04)
[8]镁砂水化性能研究[J]. 宋柯成,宿金栋,陈俊红,段大福. 四川冶金. 2013(02)
[9]水合氯化镁焙烧得到的氧化镁的水化研究[J]. 冯刚,孙庆国. 无机盐工业. 2008(04)
[10]添加剂对凝胶注模成型工艺过程及坯体性质的影响[J]. 王亚利,郝俊杰,郭志猛,李亚楠. 陶瓷学报. 2007(01)
硕士论文
[1]Fe、Ni及Fe/Ni金属纳米颗粒的制备及催化KBH4水解制氢性能[D]. 王丽琼.武汉科技大学 2018
本文编号：3300024
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FAS-17改性CaCO3超疏水粉体的水接触角[48]
木棉纤维自身低的密度、良好的悬浮能力和优异的结构使其具有更高的吸油能力[49]。Wang等[50]采用溶胶凝胶法制备了超疏水的木棉纤维。结果表明:亚氯酸钠可以除去木棉纤维表面的植物蜡,且可以使纤维的中空结构保存完好,从而使水解的正硅酸乙酯渗透到纤维的孔隙中并原位生成SiO2纳米颗粒;由于木棉纤维与Si-OH基团之间氢键的相互作用,使得部分SiO2纳米颗粒牢固地粘附在制备的超疏水木棉纤维表面。并测量其水润湿角结果表明,所制备超疏水木棉纤维的水接触角为151°;采用柴油和大豆油测试超疏水木棉纤维的吸附和循环性能,结果表明所制备超疏水木棉纤维对柴油和大豆油的静态吸附量分别为46.9和58.8 g/g;经过8次循环后,其吸附效率仍高于80%,表明所制备超疏水木棉纤维具有良好的吸附和循环性能。Wang等[51]以木棉纤维为基体,ZnO和十二烷硫醇为改性剂,制备了ZnO-十二烷硫醇共同改性的木棉纤维。他们先采用水热法将ZnO纳米纤维均匀负载在木棉纤维表面,再采用0.4 wt%的十二烷硫醇对制备的纤维进行表面改性,最后采用乙醇对所得纤维进行洗涤,最后经干燥得到ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维。结果表明:改性前木棉纤维的水润湿角为120°(图1.3a),进行ZnO-十二烷硫醇改性后,木棉纤维表面的水接触角可达157°,球形水滴可以稳定地停留在纤维的表面上,表明所制备的改性木棉纤维具有超疏水特性。将汽油和柴油滴在所制备的ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维表面,油滴可以立即被吸收,并且油接触角为0°,表明制备的ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维具有超疏水超亲油的特性(图1.3b);通过FTIR研究了ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维的化学成分,结果表明可以在1457 cm-1处观察到Zn-O的振动峰,在1464 cm-1处观察到S-CH2的弯曲振动峰,红外主谱进一步证实了ZnO-十二烷硫醇稳定存在于木棉纤维表面。SEM结果表明经过ZnO-十二烷硫醇改性后,木棉纤维的表面由光滑变为粗糙(图1.3c和图1.3d),由Cassie方程(1-3)可判断该粗糙表面有利于其疏水性能的提高。所制备的ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维对石蜡油及柴油等油类的吸附能力最低可达40.8 g/g,具有良好的油吸附性能。此外,即使在强酸(pH=2)或碱性(pH=12)中处理后,所制备疏水纤维的水接触角仍高于147°,表明其具有一定的耐酸性和耐碱性;所制备的ZnO-十二烷硫醇改性木棉纤维连续吸收氯仿、甲苯和柴油80个循环后,其水接触角仍分别高达147°、149°和148°,说明该改性木棉纤维具有良好的耐久性和循环性能。
在进行油水分离应用时,粉体/纤维材料易分散不便于回收循环利用,导致超疏水粉体的应用受限。为了降低超疏水粉体的回收难度,研究开发具有磁性便于回收的超疏水金属粉体对于超疏水粉体材料的应用有着重要的意义。Liang等[52]以Fe3O4微球为原料,以多巴胺和全氟癸基三氯硅烷为改性剂,先采用浸渍法将制备的Fe3O4微球浸于多巴胺溶液中进行表面修饰,再浸渍于全氟癸基三氯硅烷的正己烷溶液中二次改性,最后经洗涤和过滤后制备了超疏水磁性Fe3O4微球/多巴胺粉体(图1.4)。结果表明:所制备的Fe3O4微球/多巴胺超疏水粉体的水润湿角为162°,滚动角为8°,其对正己烷的吸附效率最高可达9.24 g/g,所制备超疏水粉体的回收率可达95%且具有较好的循环使用性。Wang等[53]以SiO2及Fe3O4为原料,聚乙烯吡咯烷酮为改性剂,先采用浸渍法制备聚乙烯吡咯烷酮保护的Fe3O4@SiO2疏水粉体,然后向溶液中加入St?ber溶液(200 ml乙醇,10 ml NH3H2O及3 ml正硅酸乙酯),经40 min水解且363 K下干燥后得到Fe3O4@SiO2粉体,而后将该粉体加入到100 ml的聚乙烯吡咯烷酮(60mg/mL)中得到聚乙烯吡咯烷酮保护的Fe3O4@SiO2疏水粉体。结果表明:所制备的聚乙烯吡咯烷酮保护的Fe3O4@SiO2纳米颗粒具有均匀的核壳结构(图1.5,其平均直径为128 nm,壳的厚度约为20 nm。)。经过聚乙烯吡咯烷酮改性后的Fe3O4@SiO2纳米颗粒表面变得更为粗糙,其对Phenanthrene溶液的吸附可以达到18.84 mg/g,是聚乙烯吡咯烷酮改性前的2.01倍。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同外加剂对氧化镁水化的影响[J]. 郑扬帆,段红娟,张海军,田亮. 陶瓷学报. 2018(01)
[2]纳米氧化镁的表面改性研究[J]. 王桂萍,徐哲. 沈阳理工大学学报. 2017(04)
[3]Rh/Co双金属纳米颗粒的制备及其催化制氢性能[J]. 王丽琼,焦成鹏,李赛赛,黄珍霞,赵万国,张海军. 化学通报. 2017(03)
[4]硫氧镁胶凝材料的制备及其性能研究[J]. 杨锐,江国健,沈晴昳,魏曹平,王友丰,涂添哲,赵前程,宋晖,刘思宇. 陶瓷学报. 2016(05)
[5]氧化镁两步法制备阻燃型氢氧化镁[J]. 张玉星,陈建铭,宋云华. 无机化学学报. 2014(04)
[6]镁盐及晶种对氧化镁水化合成氢氧化镁的影响[J]. 王飞,钱海燕,陈金狮. 中国粉体技术. 2013(02)
[7]超疏水磁性Fe3O4/聚多巴胺复合纳米颗粒及其油/水分离[J]. 梁伟欣,王贵元,王奔,张亚斌,郭志光. 化学学报. 2013(04)
[8]镁砂水化性能研究[J]. 宋柯成,宿金栋,陈俊红,段大福. 四川冶金. 2013(02)
[9]水合氯化镁焙烧得到的氧化镁的水化研究[J]. 冯刚,孙庆国. 无机盐工业. 2008(04)
[10]添加剂对凝胶注模成型工艺过程及坯体性质的影响[J]. 王亚利,郝俊杰,郭志猛,李亚楠. 陶瓷学报. 2007(01)
硕士论文
[1]Fe、Ni及Fe/Ni金属纳米颗粒的制备及催化KBH4水解制氢性能[D]. 王丽琼.武汉科技大学 2018
本文编号：3300024
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