水下超疏油材料的制备及其水包油乳液分离性能研究
发布时间：2021-08-08 12:10
随着社会的快速发展,石油化工、食品、纺织、皮革、钢铁、金属加工等行业会产生大量的乳化含油废水,这些含油废水的大量排放对环境和人体健康造成了严重危害。现今,超亲水/水下超疏油膜材料在高效分离乳化含油废水的同时能够保持良好的自清洁性,是当前油水分离领域的研究热点。利用静电纺丝技术制备的水下超疏油膜材料由于其具有较高的孔隙率,较大的比表面积等优点已经成为了油水分离最有效的方法之一。但是现如今大多数静电纺丝膜材料仍然存在亲水性较差,容易造成膜污染,很难分离粘度较大的油水混合物,特别是稳定的水包原油乳液。因此,提高电纺膜的亲水性,减少膜污染,进一步提升膜材料的分离性能仍是油水分离膜材料急需要解决的问题。此外,大多数超亲水/水下超疏油材料还存在制备工艺复杂,成本昂贵等问题。这都大大限制了超亲水/水下超疏油材料的应用前景。基于此,本论文通过简单有效的方法制备了几种水下超疏油材料并对其分离水包油乳液的性能进行了研究,主要研究内容如下:1.利用静电纺丝技术和真空抽滤组装的方法,以坡缕石和聚丙烯腈（PAN）为原材料,制备了具有超亲水/水下超疏油性能的坡缕石涂覆PAN纳米纤维膜。其中,坡缕石涂层由于具有强吸...
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）荷叶表面水滴；（b，c）荷叶表面不同放大倍数的扫描电子显微镜照片
第1章绪论2空气层可以减少荷叶表面与水滴的接触面积，结合荷叶表面的低表面能蜡状物质，共同造就了荷叶表面的自清洁性。受荷叶表面这种特定分级粗糙结构的启发，人们制备了多种超浸润材料，并应用于纺织品[6-10]，涂层[11-15]等领域。1.1.2玫瑰花瓣图1-2（a）水在玫瑰花瓣上；（b，c）不同放大倍数的玫瑰花瓣表面电镜图片。Fig.1-2(a)Rosepetal;(b,c)SEMimagesofrosepetal.与荷叶的自清洁性不同，当微小的雨滴落在玫瑰花瓣上时，由于花瓣对水滴的超疏水高粘附性使得水滴几乎是球形的，但并不会从花瓣上滚落下来（图1-2a），这就是“花瓣效应”。花瓣上的水滴在阳光的照射下闪闪发光以此来吸引昆虫授粉[16,17]。为了揭示玫瑰花瓣的这种高粘附性，江雷等人[18]研究了玫瑰花瓣的微观结构，阐述了其原理。如图1-2b和c所示，玫瑰花瓣上分布有密集排列的微米级乳头，微乳突顶部有纳米级的角质层皱褶，水滴可以渗透到微尺度的沟槽中，但空气仍会存在于纳米尺度的褶皱中，因此形成了高粘附状态。人们受玫瑰花瓣的这种对水滴的高粘附性启发，制备了仿玫瑰花瓣的超浸润材料来进行输送小体积液体的研究[19,20]。1.1.3蝴蝶蝴蝶因其具有美丽的翅膀而令人赞叹不已（图1-3a）。此外，蝴蝶翅膀还具有对液滴的定向粘附特性，液滴很容易沿着身体中轴的径向方向滚动，但却被紧紧地固定在相反的方向上。研究人员观察了蝴蝶翅膀的表面微观结构发现，蝴蝶翅膀上覆盖着大量相互重叠的微米级方形鳞片，从而形成了周期性的层次结构（图1-3b），进一步放大电镜图显示出许多单独的纳米级脊状条纹（图1-3c）[18,21]。这种特定的分级微/纳米粗糙结构使蝴蝶翅膀呈现超疏水性，并且可以使水滴定向朝着翅膀外侧流出，保持自身干燥。
第1章绪论3图1-3（a）蝴蝶翅膀；（b）和（c）不同放大倍数蝴蝶翅膀的放大照片。Fig.1-3(a)Butterflywings;(b,c)SEMimagesofbutterflywings.1.1.4沙漠甲虫图1-4（a）沙漠甲虫集水；（b）亲水的“山峰”；（c）疏水的“山谷”电镜图。Fig.1-4(a)Desertbeetle;(b)Depressedareas(waxy,coloured)andpeaksofthebumps(wax-free;black);(c)SEMofthedepressedareas.“物竞天择”是大自然的生存法则，很难想象在世界上最干旱的地区沙漠地带会有顽强生存的动植物，比如沙漠甲虫，它依赖其特殊的背部结构拥有非凡的集水能力（图1-4a）。这种特殊的结构产生了较大的表面能梯度，驱动空气中的微小水滴连续向超疏水表面上孤立的超亲水区域移动。这主要是因为沙漠甲虫的背部是具有蜡状的、超疏水的外壳表面，而在外壳表面上随机分布有大量的直径约为0.5mm的亲水性突起（图1-4b和c）。在雾天中，沙漠甲虫会倒置身体，水雾会在亲水的凸起上慢慢凝结成水滴，在重力的作用下，水滴沿着疏水区域流入甲虫的口中，以此来维持自身所需的水分[22,23]。这种天然的集水技术可以为缓解世界某些干旱地区面临的水危机提供一个解决途径。1.1.5水黾
【参考文献】：
期刊论文
[1]PAN/β-CD复合纳米纤维膜的制备及吸附性能研究[J]. 迟长龙,王娜,陆静雅,宋会芬,闫新. 合成纤维工业. 2017(01)
[2]仿生多尺度超浸润界面材料[J]. 王鹏伟,刘明杰,江雷. 物理学报. 2016(18)
[3]形状记忆聚合物表面水下油黏附性的可逆调控[J]. 吕通,成中军,来华,张恩爽,刘宇艳. 高等学校化学学报. 2016(08)
[4]电纺聚丙烯腈基活性碳纳米纤维及其亚甲基蓝吸附性能[J]. 吴丹,汤营茂,缪清清,肖荔人,钱庆荣,陈庆华. 福建师范大学学报(自然科学版). 2015(03)
[5]聚丙烯腈纤维碱法部分水解机理研究[J]. 管迎梅,陈兆文,张强. 舰船科学技术. 2006(06)
本文编号：3329932
【文章来源】：西北师范大学甘肃省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）荷叶表面水滴；（b，c）荷叶表面不同放大倍数的扫描电子显微镜照片
第1章绪论2空气层可以减少荷叶表面与水滴的接触面积，结合荷叶表面的低表面能蜡状物质，共同造就了荷叶表面的自清洁性。受荷叶表面这种特定分级粗糙结构的启发，人们制备了多种超浸润材料，并应用于纺织品[6-10]，涂层[11-15]等领域。1.1.2玫瑰花瓣图1-2（a）水在玫瑰花瓣上；（b，c）不同放大倍数的玫瑰花瓣表面电镜图片。Fig.1-2(a)Rosepetal;(b,c)SEMimagesofrosepetal.与荷叶的自清洁性不同，当微小的雨滴落在玫瑰花瓣上时，由于花瓣对水滴的超疏水高粘附性使得水滴几乎是球形的，但并不会从花瓣上滚落下来（图1-2a），这就是“花瓣效应”。花瓣上的水滴在阳光的照射下闪闪发光以此来吸引昆虫授粉[16,17]。为了揭示玫瑰花瓣的这种高粘附性，江雷等人[18]研究了玫瑰花瓣的微观结构，阐述了其原理。如图1-2b和c所示，玫瑰花瓣上分布有密集排列的微米级乳头，微乳突顶部有纳米级的角质层皱褶，水滴可以渗透到微尺度的沟槽中，但空气仍会存在于纳米尺度的褶皱中，因此形成了高粘附状态。人们受玫瑰花瓣的这种对水滴的高粘附性启发，制备了仿玫瑰花瓣的超浸润材料来进行输送小体积液体的研究[19,20]。1.1.3蝴蝶蝴蝶因其具有美丽的翅膀而令人赞叹不已（图1-3a）。此外，蝴蝶翅膀还具有对液滴的定向粘附特性，液滴很容易沿着身体中轴的径向方向滚动，但却被紧紧地固定在相反的方向上。研究人员观察了蝴蝶翅膀的表面微观结构发现，蝴蝶翅膀上覆盖着大量相互重叠的微米级方形鳞片，从而形成了周期性的层次结构（图1-3b），进一步放大电镜图显示出许多单独的纳米级脊状条纹（图1-3c）[18,21]。这种特定的分级微/纳米粗糙结构使蝴蝶翅膀呈现超疏水性，并且可以使水滴定向朝着翅膀外侧流出，保持自身干燥。
第1章绪论3图1-3（a）蝴蝶翅膀；（b）和（c）不同放大倍数蝴蝶翅膀的放大照片。Fig.1-3(a)Butterflywings;(b,c)SEMimagesofbutterflywings.1.1.4沙漠甲虫图1-4（a）沙漠甲虫集水；（b）亲水的“山峰”；（c）疏水的“山谷”电镜图。Fig.1-4(a)Desertbeetle;(b)Depressedareas(waxy,coloured)andpeaksofthebumps(wax-free;black);(c)SEMofthedepressedareas.“物竞天择”是大自然的生存法则，很难想象在世界上最干旱的地区沙漠地带会有顽强生存的动植物，比如沙漠甲虫，它依赖其特殊的背部结构拥有非凡的集水能力（图1-4a）。这种特殊的结构产生了较大的表面能梯度，驱动空气中的微小水滴连续向超疏水表面上孤立的超亲水区域移动。这主要是因为沙漠甲虫的背部是具有蜡状的、超疏水的外壳表面，而在外壳表面上随机分布有大量的直径约为0.5mm的亲水性突起（图1-4b和c）。在雾天中，沙漠甲虫会倒置身体，水雾会在亲水的凸起上慢慢凝结成水滴，在重力的作用下，水滴沿着疏水区域流入甲虫的口中，以此来维持自身所需的水分[22,23]。这种天然的集水技术可以为缓解世界某些干旱地区面临的水危机提供一个解决途径。1.1.5水黾
【参考文献】：
期刊论文
[1]PAN/β-CD复合纳米纤维膜的制备及吸附性能研究[J]. 迟长龙,王娜,陆静雅,宋会芬,闫新. 合成纤维工业. 2017(01)
[2]仿生多尺度超浸润界面材料[J]. 王鹏伟,刘明杰,江雷. 物理学报. 2016(18)
[3]形状记忆聚合物表面水下油黏附性的可逆调控[J]. 吕通,成中军,来华,张恩爽,刘宇艳. 高等学校化学学报. 2016(08)
[4]电纺聚丙烯腈基活性碳纳米纤维及其亚甲基蓝吸附性能[J]. 吴丹,汤营茂,缪清清,肖荔人,钱庆荣,陈庆华. 福建师范大学学报(自然科学版). 2015(03)
[5]聚丙烯腈纤维碱法部分水解机理研究[J]. 管迎梅,陈兆文,张强. 舰船科学技术. 2006(06)
本文编号：3329932
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