超浸润多孔金属材料油水分离特性及耐久性研究

发布时间：2017-03-23 21:04

  本文关键词：超浸润多孔金属材料油水分离特性及耐久性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会经济的发展,石油工业、制造业、餐饮行业等所产生的含油污水越来越多,尤其是含有多种表面活性剂的乳化油稳定性非常强,如果不及时处理将会对生态环境和人类健康造成巨大危害,如何经济高效的进行油水分离已成为一个亟待解决的问题。超浸润性表面由于对油和水具有不同的润湿性,从而能够有效分离油水混合物,多孔材料的孔径大小及其表面微纳米结构稳定性对分离不同性质的含油污水及分离的持久性具有重要影响,因此,开展多孔金属材料表面改性、孔径调控和耐久性研究,对实现高效油水分离具有重要意义。在已有的研究基础上,本文重点开展了以下研究：以孔径为450μm的泡沫铜为基底,采用阳极氧化、一步法生长ZnO纳米椎、两步法生长ZnO纳米棒、电沉积预粗糙化后生长ZnO纳米棒等四种工艺构建了不同的表面形貌,经氟化获得良好的超浸润性及油水分离性能。研究了结构形貌对耐久性的作用规律,并深入分析影响结构稳定性的因素。实验发现,Cu(OH)2纳米线结构细长,易倾倒折断：ZnO纳米椎结构与基底结合不牢,受液体或颗粒物的冲刷,易被损伤,甚至脱落;ZnO纳米棒阵列规整,与基底结合面积大,稳定性好；然而,与平滑的基底相比,粗糙化后增大了膜基结合力,连续油水分离30次,表面仍保持超疏水性,分离效率在99.81%以上。在磁力搅拌和双阳极条件下,成功地对泡沫铜的微孔结构参数进行了调控。研究表明,随着电沉积时间的延长和电流密度的增大,沉积的铜颗粒越来越多,沉积层逐渐变厚,从而达到增粗骨架、缩小孔径的目的。通过以上技术实现了泡沫铜孔径在50-450μm之间有效调控,在其表面构建粗糙结构并氟化,获得99.8%的油水分离效率。以孔径为5μm的不锈钢纤维毡为基底,预刻蚀粗糙化后生长ZnO结构,氟化后获得超疏水超亲油性,对层状油水混合物的分离效率可达99.9%,并可有效分离稳定的油包水乳液,分离后乳液中水滴粒径均在0.1μm以下。然而其对水包油乳液仅有部分分离效果,因此探索了利用PVA-SiO2与不锈钢纤维毡的复合技术,进一步缩小纤维毡的孔径至1μm左右,借助于PVA的亲水性,有望分离水包油乳液。通过以上研究发现,基底表面粗糙度、纳米结构生长状态、整体的比表面积是影响结构稳定性及油水分离耐久性的关键因素。过滤材料的孔径大小、表面润湿状态是能否分离乳化油的主要因素。
【关键词】：超浸润性 油水分离 孔径调控 乳化油 耐久性
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.11;TB383.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 油水分离技术的研究背景及现状10-13
• 1.2.1 含油污水的来源及危害10
• 1.2.2 含油污水的特点及处理方法10-12
• 1.2.3 现有油水分离技术的局限性12-13
• 1.3 超浸润多孔材料在油水分离中的应用13-24
• 1.3.1 超浸润多孔材料的分离原理13-15
• 1.3.2 超浸润多孔材料的研究进展15-21
• 1.3.3 超浸润多孔材料耐久性研究21-22
• 1.3.4 油水乳化液的分离现状22-23
• 1.3.5 目前存在的问题及发展趋势23-24
• 1.4 本论文的研究目的及内容24-25
• 1.4.1 研究目的24
• 1.4.2 研究内容24-25
• 第二章 试验材料与方法25-39
• 2.1 工艺路线25-26
• 2.2 试验材料与仪器26-28
• 2.2.1 试验材料26-27
• 2.2.2 试验仪器27-28
• 2.3 超浸润多孔金属材料改性技术28-32
• 2.3.1 超浸润泡沫铜制备工艺28-29
• 2.3.2 超浸润泡沫铜孔径调控技术29-31
• 2.3.3 超浸润金属纤维毡改性技术31-32
• 2.4 超浸润多孔金属材料耐久性研究32-33
• 2.4.1 机械耐久性测试32-33
• 2.4.2 连续油水分离耐久性33
• 2.5 乳化液的制备及稳定性研究33-36
• 2.5.1 水包油型乳化液33-35
• 2.5.2 油包水型乳化液35-36
• 2.6 超浸润多孔金属材料性能表征36-39
• 2.6.1 形貌表征与成分分析36
• 2.6.2 表面润湿性测试36
• 2.6.3 尺寸参数表征36-37
• 2.6.4 油水分离性能37-39
• 第三章 超浸润泡沫铜构建技术及耐久性研究39-53
• 3.1 不同工艺制备的结构形貌及润湿性39-40
• 3.1.1 结构形貌39-40
• 3.1.2 润湿性40
• 3.2 油水分离特性40-43
• 3.3 超浸润泡沫铜耐久性研究43-48
• 3.3.1 超声破坏试验43-44
• 3.3.2 水冲击试验44-46
• 3.3.3 砂洗试验46-48
• 3.4 纳米结构稳定性分析48-51
• 3.4.1 外力破坏对纳米结构影响48-49
• 3.4.2 连续油水分离对纳米结构影响49-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 泡沫铜孔径电沉积调控技术及其油水分离特性53-67
• 4.1 电流密度对微孔结构参数的影响53-55
• 4.2 电沉积时间对微孔结构参数的影响55-58
• 4.2.1 低电流密度55-56
• 4.2.2 高电流密度56-58
• 4.3 电沉积结构调控机理58-59
• 4.4 电沉积泡沫铜油水分离特性59-65
• 4.4.1 化学法构建ZnO纳米椎结构60-63
• 4.4.2 层状油水混合物分离特性63-65
• 4.5 本章小结65-67
• 第五章 超浸润金属纤维毡改性技术及油水分离特性67-91
• 5.1 超浸润金属纤维毡改性技术67-72
• 5.1.1 预刻蚀粗糙化67-70
• 5.1.2 化学法构建ZnO纳米椎结构70-72
• 5.2 改性金属纤维毡油水分离特性72-86
• 5.2.1 层状油水混合物72-74
• 5.2.2 含表面活性剂的油包水型乳化液74-79
• 5.2.3 水包油型乳化液79-86
• 5.3 乳化液分离机理探究86-87
• 5.4 超浸润多孔材料复合技术87-89
• 5.5 本章小结89-91
• 第六章 结论与展望91-93
• 参考文献93-99
• 致谢99-100
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其成果100

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