高性能聚醚醚酮基油水分离材料的制备及性能研究

发布时间：2020-05-12 05:25

【摘要】：随着环境污染及水资源的匮乏问题日趋严重,污水处理显得尤为重要。目前针对于膜法水处理技术日趋成熟,尤其是以高分子膜材料处理油水混合物的优势显著,深受科研工作者的推崇。膜法油水分离技术能够有效的分离油水混合物,在污水处理、有机合成等领域有广泛的应用前景。由于膜法油水分离设备简单、易于加工、渗透性和选择性好等优点,近年来得到了长足发展。当前用于油水分离的高性能膜材料应具备强度高、可大面积制备、耐高温湿热环境、耐酸碱腐蚀及化学药品腐蚀等特点。研究较多的高性能材料有聚酰亚胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等,他们均存在一定的不足。因此,本论文从油水分离膜材料实际应用需求出发,选取耐化学药品腐蚀、耐高温性能优异的聚醚醚酮为研究基材,通过纺丝-针刺-后修饰等工艺制备了高性能聚醚醚酮油水分离材料。我们采用了熔融纺丝的方法制作聚醚醚酮纤维毛毡,随后采用表面处理技术赋予聚醚醚酮毛毡以特殊的浸润性,最后使用热压成型的方式将毛毡热压成膜,构建出合适的孔隙尺寸。由于聚醚醚酮毛毡具有纤维堆积而成的三维网状结构,能为油水分离过程提供大量有效地分离通道,进而大大提高分离速度,同时表面处理并不会破坏内部的运输通道,使孔结构得以保留,这使得我们设计的毛毡将同时实现高的分离速度和高效的分离效率。聚醚醚酮毛毡在空气中的水和油接触角均小于90°,对水和油呈现两亲性,不具有分离油水的功能。在本论文第一部分,我们通过傅克反应制备疏水亲油的聚醚醚酮油水分离膜。将氟长链引入聚醚醚酮表面,并通过界面反应在纤维表面构建纳米-微米结合的粗糙度,赋予其良好疏水性。通过测试结果发现,我们制备的疏水分离膜最高通量可达147744.3 L m~(-2)h~(-1),分离效率最高为99.9%,且能保持连续使用20次性能没有衰减,证明其具有良好的循环使用性。在第二部分实验内容中,我们设计制作了亲水性的油水分离膜。采用氯磺酸直接磺化的方式将聚醚醚酮毛毡表面接上磺酸基团,并在表面形成蜂窝状的缺陷结构。这种方法增大了纤维的比表面积,赋予了毛毡优异的亲水的性质。该毛毡具有亲水-水下疏油的特殊浸润性,仅靠重力驱动就可实现18273 L m~(-2)h~(-1)的高水通量,是一种高效的亲水性油水分离膜。我们所制作的聚醚醚酮毛毡具有良好的分离性能,同时又能保持聚醚醚酮材料本身优异的机械性能和热稳定性,能在现有的油水分离领域中,仅靠重力驱动就可获得很大的通量和良好的分离效率,兼顾渗透性和选择性,在实际应用方面具有一定的前景。
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第一章绪论第一章绪论淡水资源的急剧消耗与浪费成为环境领域不可忽视的最主日渐枯竭的现状下，除了跨流域调水、收集冰雪融水、冰法，人类也在不断寻找着能够实现水资源可持续利用的新总量是有限的，当今的淡水资源已经远远无法满足人们的需求。因此当今最实用的方法就是将污水——这一地球上利用。目前，，工业废水和生活污水是地球污水的两大重要地对废水进行回收利用将是当今水资源保护的一项重要命

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图 1.3 接触角示意图LVSVSL cos 分别代表固气（SV）、固液（SL）、气液表着材料的润湿性能，当水的接触角>90°时<90°时,认为材料是亲水的；当接触角<5°时超疏水。种固有性质，主要由表面的化学成分和形貌学组成是直接影响表面张力的内因。通常来多孔界面浸润材料中油可以从水中分离出类
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;TQ051.893

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