油水分离超疏水铜网的制备及其性能研究
发布时间：2021-11-10 02:12
含油废水的大量排放和频繁发生的原油泄漏,不仅对生态系统造成了难以恢复的污染和破坏,而且浪费了大量的宝贵能源,因此对于含油废水的有效分离已经迫在眉睫。特殊浸润性油水分离材料解决了传统分离方法效率低、能耗高、选择性差等问题,其中超疏水-超亲油材料则更适合大面积油水混合物的分离,但是目前超疏水-超亲油材料的制备方法具有工艺繁琐、使用有毒试剂（如氟类）、难以规模化生产等缺陷。本文在此研究背景下,以200目的紫铜网为基底,通过三种简单、高效的方法制备出了超疏水-超亲油铜网,分别在实验室应用于油水分离,并且对其性能进行了评估和比较。具体研究内容和结果如下:（1）原位生长法制备超疏水铜网。将铜网放置于硫代硫酸钠和氯化铜的混合溶液中进行反应,在其表面原位生长出了微米级颗粒结构,用正十二硫醇修饰后得到了超疏水的铜网,对制备条件优化后使铜网的接触角达到了 154°,并且通过分析铜网表面的形貌和化学组成来解释其形成机理。此方法制备出的铜网可耐受150℃的高温,并且对盐溶液具有良好的抗性,该铜网对于四种油水混合物的分离效率均在80%以上。（2）刻蚀法制备超疏水铜网。通过对刻蚀条件的优化,在铜网表面制备出了纳米...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２油水分离器示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｉｌ－ｗａｔｅｒ?ｓｅｐａｒａｔｏｒ??
?天津科技大学硕士学位论文???示和灵感，最为人们熟知并且最为典型的就是“出淤泥而不染”的荷叶［力，如图１－３??（ａ）所示，当雨滴落在荷叶表面时，由于荷叶表面的超疏水性，水滴在荷叶表面呈现??出球状并且能借助重力和惯性自由滚动。这个有趣的现象引起了?Ｎｅｉｎｈｕｉｓ和Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ??的关注，他们对荷叶等植物叶子的自清洁性进行了研究，发现这种特殊的超疏水性是??由生物表面天然的微米级乳突结构和低表面能的蜡质层共同作用产生的，经过更深入??的研究发现，在植物叶子表面微米级的乳突上还生长着纳米级的绒毛，如图１－４?（ａ－ｃ）??所示，这些纳米级的绒毛结构也普遍存在于乳突之间的连接处，科研工作者们普遍认??为，植物表面的粗糙结构和低表面能物质的共同作用，使其具备了超疏水性能。??无独有偶，自然界里也有许多动物具有特殊浸润性［５６，５＇最经典的就是水黾，如??图１－３?（ｄ）所示。江雷院士［５８］课题组发现，水黾腿部表面生长着许多定向排列的微米??级刚毛，在每根刚毛上存在着许多螺旋状的纳米级沟槽，当水黾腿部与水面接触时，??其腿部表面的刚毛以及纳米级沟槽会储存一层空气垫，使水黾的腿呈现出了超疏水的??特性［５９，６Ｇ］。此外，蝴蝶的翅膀同样具有超疏水性，如图１－３?（ｅ）所示，科研工作者通??过研究发现，蝴蝶的翅膀是由微米级的鳞片组成的，在交叠覆盖的鳞片上还生长着纳??米条状结构，每个条状结构是由周期性的倾斜片状结构堆积形成的，这种极为特殊的??微观结构致使水滴在其表面呈现了各向异性［６１，６２］。??图１－３自然界中的超疏水表面??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｎ?ｎａｔｕ
?１前言???结构与墙壁之间可以产生很强的范德华力，再加上壁虎本身分泌的油脂，使它的脚掌??同时具备了优异的粘附性能和疏水性能。??上述具有超疏水性能的生物在自然界中只是冰山一角，科研工作者们通过对这些??超疏水表面进行研究，发现各种形式的微纳米粗糙结构以及其独特的化学组成是实现??超疏水性两个不可或缺的因素。??图１－４?（ａ）水滴带走荷叶表面的污染物（ｂ，ｃ）荷叶的表面形貌??（ｄ）壁虎的脚掌和其脚掌上刚毛??Ｆｉｇ．?１－４?（ａ）?Ｗａｔｅｒ?ｄｒｏｐｌｅｔｓ?ｃａｒｒｙ?ａｗａｙ?ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｏｔｕｓ?ｌｅａｆ??（ｂ，?ｃ）?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｌｏｔｕｓ?ｌｅａｖｅｓ?（ｄ）?Ｇｅｃｋｏ＇ｓ?ｓｏｌｅ?ａｎｄ?ｂｒｉｓｔｌｅｓ?ｏｎ?ｈｉｓ?ｆｏｏｔ??１．４超疏水表面浸润性基础理论??在上一小节中我们介绍了自然界中许多的超疏水现象，科研工作者们对这些特殊??浸润性表面进行了深入研宄，并通过基础理论对这些表面进行了分析，提出了一系列??的浸润模型，更好的解释和阐述了特殊浸润性表面的形成机理，为特殊浸润性材料的??制备提供了指导性的理论基矗??１．４．１浸润性的基本概念??浸润过程是指固体材料表面的气体被液体取代的现象［６４，６５］。固体表面的浸润现象??在我们的日常生产和生活中无处不在，比如说超亲水的挡风玻璃可以起到防雾作用，??超疏水的表面具有防腐蚀自清洁的能力。除此以外，浸润过程在化工能源、医药生物、??农业灌溉、衣物洗涤、矿产开采、油水分离等诸多领域也有着非常广泛的应用??１．４．２表面能和表面张力与浸
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生超疏水金属材料制备技术及在化工领域应用进展[J]. 蒋炜,杨超,袁绍军,梁斌. 化工进展. 2019(01)
[2]含油废水处理技术的研究进展[J]. 陈平,王晨,刘明伟,任彦中,阚连宝. 当代化工. 2016(06)
[3]多巴胺的自聚-附着行为与膜表面功能化[J]. 徐又一,蒋金泓,朱利平,朱宝库. 膜科学与技术. 2011(03)
[4]基于Wenzel模型的粗糙界面异质形核分析[J]. 郑浩勇,王猛,王修星,黄卫东. 物理学报. 2011(06)
[5]含油废水处理方法研究进展[J]. 张翼,于婷,毕永慧,张玉洁. 化工进展. 2008(08)
[6]膜分离技术在油田含油污水处理中的应用研究进展[J]. 蔺爱国,刘培勇,刘刚,张国忠. 工业水处理. 2006(01)
[7]盐析法处理高浓含油乳化液及其反应机制[J]. 田禹,范丽娜. 中国给水排水. 2004(04)
本文编号：3486363
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２油水分离器示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｉｌ－ｗａｔｅｒ?ｓｅｐａｒａｔｏｒ??
?天津科技大学硕士学位论文???示和灵感，最为人们熟知并且最为典型的就是“出淤泥而不染”的荷叶［力，如图１－３??（ａ）所示，当雨滴落在荷叶表面时，由于荷叶表面的超疏水性，水滴在荷叶表面呈现??出球状并且能借助重力和惯性自由滚动。这个有趣的现象引起了?Ｎｅｉｎｈｕｉｓ和Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ??的关注，他们对荷叶等植物叶子的自清洁性进行了研究，发现这种特殊的超疏水性是??由生物表面天然的微米级乳突结构和低表面能的蜡质层共同作用产生的，经过更深入??的研究发现，在植物叶子表面微米级的乳突上还生长着纳米级的绒毛，如图１－４?（ａ－ｃ）??所示，这些纳米级的绒毛结构也普遍存在于乳突之间的连接处，科研工作者们普遍认??为，植物表面的粗糙结构和低表面能物质的共同作用，使其具备了超疏水性能。??无独有偶，自然界里也有许多动物具有特殊浸润性［５６，５＇最经典的就是水黾，如??图１－３?（ｄ）所示。江雷院士［５８］课题组发现，水黾腿部表面生长着许多定向排列的微米??级刚毛，在每根刚毛上存在着许多螺旋状的纳米级沟槽，当水黾腿部与水面接触时，??其腿部表面的刚毛以及纳米级沟槽会储存一层空气垫，使水黾的腿呈现出了超疏水的??特性［５９，６Ｇ］。此外，蝴蝶的翅膀同样具有超疏水性，如图１－３?（ｅ）所示，科研工作者通??过研究发现，蝴蝶的翅膀是由微米级的鳞片组成的，在交叠覆盖的鳞片上还生长着纳??米条状结构，每个条状结构是由周期性的倾斜片状结构堆积形成的，这种极为特殊的??微观结构致使水滴在其表面呈现了各向异性［６１，６２］。??图１－３自然界中的超疏水表面??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｎ?ｎａｔｕ
?１前言???结构与墙壁之间可以产生很强的范德华力，再加上壁虎本身分泌的油脂，使它的脚掌??同时具备了优异的粘附性能和疏水性能。??上述具有超疏水性能的生物在自然界中只是冰山一角，科研工作者们通过对这些??超疏水表面进行研究，发现各种形式的微纳米粗糙结构以及其独特的化学组成是实现??超疏水性两个不可或缺的因素。??图１－４?（ａ）水滴带走荷叶表面的污染物（ｂ，ｃ）荷叶的表面形貌??（ｄ）壁虎的脚掌和其脚掌上刚毛??Ｆｉｇ．?１－４?（ａ）?Ｗａｔｅｒ?ｄｒｏｐｌｅｔｓ?ｃａｒｒｙ?ａｗａｙ?ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｏｔｕｓ?ｌｅａｆ??（ｂ，?ｃ）?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｌｏｔｕｓ?ｌｅａｖｅｓ?（ｄ）?Ｇｅｃｋｏ＇ｓ?ｓｏｌｅ?ａｎｄ?ｂｒｉｓｔｌｅｓ?ｏｎ?ｈｉｓ?ｆｏｏｔ??１．４超疏水表面浸润性基础理论??在上一小节中我们介绍了自然界中许多的超疏水现象，科研工作者们对这些特殊??浸润性表面进行了深入研宄，并通过基础理论对这些表面进行了分析，提出了一系列??的浸润模型，更好的解释和阐述了特殊浸润性表面的形成机理，为特殊浸润性材料的??制备提供了指导性的理论基矗??１．４．１浸润性的基本概念??浸润过程是指固体材料表面的气体被液体取代的现象［６４，６５］。固体表面的浸润现象??在我们的日常生产和生活中无处不在，比如说超亲水的挡风玻璃可以起到防雾作用，??超疏水的表面具有防腐蚀自清洁的能力。除此以外，浸润过程在化工能源、医药生物、??农业灌溉、衣物洗涤、矿产开采、油水分离等诸多领域也有着非常广泛的应用??１．４．２表面能和表面张力与浸
【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生超疏水金属材料制备技术及在化工领域应用进展[J]. 蒋炜,杨超,袁绍军,梁斌. 化工进展. 2019(01)
[2]含油废水处理技术的研究进展[J]. 陈平,王晨,刘明伟,任彦中,阚连宝. 当代化工. 2016(06)
[3]多巴胺的自聚-附着行为与膜表面功能化[J]. 徐又一,蒋金泓,朱利平,朱宝库. 膜科学与技术. 2011(03)
[4]基于Wenzel模型的粗糙界面异质形核分析[J]. 郑浩勇,王猛,王修星,黄卫东. 物理学报. 2011(06)
[5]含油废水处理方法研究进展[J]. 张翼,于婷,毕永慧,张玉洁. 化工进展. 2008(08)
[6]膜分离技术在油田含油污水处理中的应用研究进展[J]. 蔺爱国,刘培勇,刘刚,张国忠. 工业水处理. 2006(01)
[7]盐析法处理高浓含油乳化液及其反应机制[J]. 田禹,范丽娜. 中国给水排水. 2004(04)
本文编号：3486363
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3486363.html
