超亲水涤纶织物和聚偏氟乙烯多孔膜的制备与应用研究
发布时间：2021-10-24 19:03
石化、钢铁、焦化、食品加工等行业产生的含油废水对全世界范围内的自然环境、生态系统和人类健康都产生了极大的威胁。将基于织物、金属网和聚合物膜的超亲水多孔材料应用于油水分离中,是目前最方便、高效的处理方法之一。但现有超亲水多孔材料存在制备工艺复杂、可循环使用性差、不能吸附重金属离子等不足,限制了其在实际生产生活中的应用。本论文旨在采用简单的方法制备得到超亲水多孔材料以实现高效的油水分离。本论文的主要研究内容和结果包括:（1）将等离子体处理的涤纶织物浸入氨基化的多壁碳纳米管（MWCNTs-NH2）的水分散液中,得到附着有MWCNTs-NH2的织物;随后将织物浸入银氨溶液中,通过滴加葡萄糖溶液使银离子原位生成银纳米颗粒（Ag NPs）并被MWCNTs-NH2上的氨基固载在织物上;最后利用银与巯基之间所形成的Ag-S键,将L-半胱氨酸（L-cys）固载在银纳米颗粒上,得到氨基化多壁碳纳米管@银纳米颗粒@L-半胱氨酸（MWCNTs-NH2@Ag NPs@L-cys）超亲水涤纶织物。采用扫描电镜（SEM）、全反射...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Young’s模型[23]
第一章绪论3除了静态液滴接触角外，接触角滞后和滚动角也可以用于衡量材料表面的润湿性。如图1-2所示，液滴在倾斜的固体表面呈现亚稳态，其后方的液体向前方推进。液滴在固体表面倾斜角增大到一定程度时开始滑落，发生滑动前的液滴前方接触角即为前进角（θA），液滴后方接触角即为后退角（θC），两者差值（θA－θC）即为接触角滞后[27]。接触角滞后越小，液滴越容易从材料表面滑落。此外，滚动角（α）也是判断固体表面动态润湿性的重要标准。将液滴置于倾斜的材料表面，并逐渐增大倾斜角度，液滴发生滚动时的最小倾斜角即为滚动角。对于静态接触角相同的固体表面，α较小的材料表面的疏水性更好。图1-2前进接触角θA、后退接触角θC和滚动角α的示意图[23]Fig.1-2ProfilesofadvancingangleθA,recedingangleθAandslidingangleα[23].1.1.2固体表面润湿性的影响因素物质是由分子组成的，一般情况下，表层分子的状态不同于内部分子。其中，内部分子在各个方向的受力相同且合力为零，但表层分子的受力并不对称，其合力指向分子内部，该向内收缩的力即为表面张力（表面自由能）。当液体与固体接触时，液体倾向于取代固体材料表面的气体以润湿固体表面，但当固体的表面张力远小于液体的表面张力时，液体会尽可能收缩以减小表面积和自身总能量，导致液滴难以润湿固体表面。因此，固体表面张力是影响其表面润湿性的重要因素，其值越大，材料呈现越强的亲液能力，而其值越小，材料呈现越强的疏液能力。常见的高表面自由能物质包括纸张、木材、二氧化钛、碳酸盐等，低表面自由能物质包括烷烃类化合物、有机硅聚合物、石墨烯等。一般而言，材料中含亲水性基团-OH、-NH2、-COOH等越多，材料亲水性越强，反之，含疏水性基团CF3、-CH3、
华南理工大学硕士学位论文4尽管Young’s方程可由固-气、固-液和气-液表面张力计算出固体表面的接触角，但该方程仅适用于理想的光滑均一的表面，而实际存在的固体表面往往存在化学组成不均一或结构粗糙不平整等情况。因此，科研工作者们根据实际的粗糙表面对Young’s方程提出了修正。Wenzel模型认为液滴会排出固体表面粗糙结构里的所有空气并充分接触凹槽，那么表面的表观接触角θW和Young’s接触角θ、表面粗糙因子r呈正相关关系，如式（1-2）所示[28]：（1-2）式中：r是指实际固-液接触面积与表观固-液接触面积的比值，r又可称为表面粗糙度，其值通常大于1。根据Wenzel方程可知，r对亲水材料和疏水材料的表面润湿性均起着放大效应，即r使亲水材料表面更亲水，疏水材料表面更疏水。材料表面的粗糙度在微观尺寸上可以分为微米尺寸、微纳米分级尺寸和多孔尺寸。当液滴与粗糙的亲水性表面接触时，水滴会迅速在固体表面铺展并渗透到微观尺寸的粗糙结构中，使整个体系处于平衡状态，如图1-3所示[29]。图1-3微观粗糙结构表面的超亲水现象[26]Fig.1-3Superhydrophilicphenomenaofmicroscopicroughstructure[26].1.2超亲水材料的制备方法通过对自然界中动植物的超亲水表面进行分析，科研工作者们发现高表面能物质和粗糙结构是构造超亲水表面的关键要素[30,31]。因此，制备超亲水材料的途径主要有两种，其一是在高表面能材料表面构造足够的粗糙度，其二是在足够粗糙的表面修饰高表面能物质。目前，已经报道了多种制备超亲水表面的方法，如沉积法、组装法、水热法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法、相分离法、浸涂法等，下面分别对其进行详细介绍。cos=cosWr
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体接枝改性聚酯纤维织物对铜离子的吸附研究[J]. 耿晓珺,贺江平,孙绒绒,侯顺蛟. 纺织科学与工程学报. 2018(01)
[2]巯基功能化沸石吸附Hg2+特征及固化/稳定化含汞废物研究[J]. 张新艳,王起超,张少庆,孙晓静,张仲胜. 环境科学学报. 2009(10)
博士论文
[1]含巯基光固化材料的制备及其在紫外光固化涂料中的性能研究[D]. 吴建兵.太原理工大学 2015
硕士论文
[1]超亲水功能材料的制备与应用研究[D]. 徐玺.西南大学 2019
[2]功能性超疏水织物的制备及其应用研究[D]. 廖晓凤.华南理工大学 2019
[3]超亲水-水下超疏油有机-无机复合网膜的构筑及其油水分离性能的研究[D]. 常忠帅.江苏大学 2018
[4]有机及有机/无机杂化超亲水涂层的制备、性能及应用[D]. 梁涛.华南理工大学 2017
本文编号：3455813
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Young’s模型[23]
第一章绪论3除了静态液滴接触角外，接触角滞后和滚动角也可以用于衡量材料表面的润湿性。如图1-2所示，液滴在倾斜的固体表面呈现亚稳态，其后方的液体向前方推进。液滴在固体表面倾斜角增大到一定程度时开始滑落，发生滑动前的液滴前方接触角即为前进角（θA），液滴后方接触角即为后退角（θC），两者差值（θA－θC）即为接触角滞后[27]。接触角滞后越小，液滴越容易从材料表面滑落。此外，滚动角（α）也是判断固体表面动态润湿性的重要标准。将液滴置于倾斜的材料表面，并逐渐增大倾斜角度，液滴发生滚动时的最小倾斜角即为滚动角。对于静态接触角相同的固体表面，α较小的材料表面的疏水性更好。图1-2前进接触角θA、后退接触角θC和滚动角α的示意图[23]Fig.1-2ProfilesofadvancingangleθA,recedingangleθAandslidingangleα[23].1.1.2固体表面润湿性的影响因素物质是由分子组成的，一般情况下，表层分子的状态不同于内部分子。其中，内部分子在各个方向的受力相同且合力为零，但表层分子的受力并不对称，其合力指向分子内部，该向内收缩的力即为表面张力（表面自由能）。当液体与固体接触时，液体倾向于取代固体材料表面的气体以润湿固体表面，但当固体的表面张力远小于液体的表面张力时，液体会尽可能收缩以减小表面积和自身总能量，导致液滴难以润湿固体表面。因此，固体表面张力是影响其表面润湿性的重要因素，其值越大，材料呈现越强的亲液能力，而其值越小，材料呈现越强的疏液能力。常见的高表面自由能物质包括纸张、木材、二氧化钛、碳酸盐等，低表面自由能物质包括烷烃类化合物、有机硅聚合物、石墨烯等。一般而言，材料中含亲水性基团-OH、-NH2、-COOH等越多，材料亲水性越强，反之，含疏水性基团CF3、-CH3、
华南理工大学硕士学位论文4尽管Young’s方程可由固-气、固-液和气-液表面张力计算出固体表面的接触角，但该方程仅适用于理想的光滑均一的表面，而实际存在的固体表面往往存在化学组成不均一或结构粗糙不平整等情况。因此，科研工作者们根据实际的粗糙表面对Young’s方程提出了修正。Wenzel模型认为液滴会排出固体表面粗糙结构里的所有空气并充分接触凹槽，那么表面的表观接触角θW和Young’s接触角θ、表面粗糙因子r呈正相关关系，如式（1-2）所示[28]：（1-2）式中：r是指实际固-液接触面积与表观固-液接触面积的比值，r又可称为表面粗糙度，其值通常大于1。根据Wenzel方程可知，r对亲水材料和疏水材料的表面润湿性均起着放大效应，即r使亲水材料表面更亲水，疏水材料表面更疏水。材料表面的粗糙度在微观尺寸上可以分为微米尺寸、微纳米分级尺寸和多孔尺寸。当液滴与粗糙的亲水性表面接触时，水滴会迅速在固体表面铺展并渗透到微观尺寸的粗糙结构中，使整个体系处于平衡状态，如图1-3所示[29]。图1-3微观粗糙结构表面的超亲水现象[26]Fig.1-3Superhydrophilicphenomenaofmicroscopicroughstructure[26].1.2超亲水材料的制备方法通过对自然界中动植物的超亲水表面进行分析，科研工作者们发现高表面能物质和粗糙结构是构造超亲水表面的关键要素[30,31]。因此，制备超亲水材料的途径主要有两种，其一是在高表面能材料表面构造足够的粗糙度，其二是在足够粗糙的表面修饰高表面能物质。目前，已经报道了多种制备超亲水表面的方法，如沉积法、组装法、水热法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法、相分离法、浸涂法等，下面分别对其进行详细介绍。cos=cosWr
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体接枝改性聚酯纤维织物对铜离子的吸附研究[J]. 耿晓珺,贺江平,孙绒绒,侯顺蛟. 纺织科学与工程学报. 2018(01)
[2]巯基功能化沸石吸附Hg2+特征及固化/稳定化含汞废物研究[J]. 张新艳,王起超,张少庆,孙晓静,张仲胜. 环境科学学报. 2009(10)
博士论文
[1]含巯基光固化材料的制备及其在紫外光固化涂料中的性能研究[D]. 吴建兵.太原理工大学 2015
硕士论文
[1]超亲水功能材料的制备与应用研究[D]. 徐玺.西南大学 2019
[2]功能性超疏水织物的制备及其应用研究[D]. 廖晓凤.华南理工大学 2019
[3]超亲水-水下超疏油有机-无机复合网膜的构筑及其油水分离性能的研究[D]. 常忠帅.江苏大学 2018
[4]有机及有机/无机杂化超亲水涂层的制备、性能及应用[D]. 梁涛.华南理工大学 2017
本文编号：3455813
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