基于水污染中油和染料处理新型材料的制备与研究

发布时间：2020-11-21 11:45

　　 随着现代社会中人们对物质生活水平追求的不断提高,各式各样的废水也相继产生。一方面,从工业生产和日常生活到频繁发生的海洋油泄漏事故都会产生大量的含油污水;另一方面,由于印染工业中染料的使用和后处理等技术缺陷,导致巨量的染料废水被直接排放到环境中。特殊浸润性油水分离材料已成为当前处理含油污水一项行之有效的分离技术,然而多数材料在不断向前发展的过程中仍面临着仅能实现对浮油或不互溶油水混合物分离的弊端。本论文在此研究背景下,针对多种表面活性剂稳定的乳液体系及含染料废水的复杂油水混合物体系,首先致力于开发石墨烯基乳液分离材料,随后通过将特殊浸润性质与功能性材料相结合,设计出一系列功能性油水分离材料,拓展了特殊浸润性材料对水污染中染料处理的应用研究,为实现多功能的水处理应用奠定了有力基础。主要工作具体如下:1)以性质温和且具有高粘附和自聚合性能的多巴胺为还原剂,制备还原氧化石墨烯水包油型乳液分离薄膜。该薄膜成功实现对多种类型表面活性剂稳定的水包油型乳液的高效分离,拓展了石墨烯基材料在乳化污水处理中的应用。2)油水分离同时原位可见光催化降解染料的双功能水净化网膜的制备。将无机半导体光催化材料β-FeOOH纳米棒通过低温水热法负载到聚多巴胺预处理基底表面,在实现“除水型”油水分离的同时展现出原位可见光催化降解染料的优异性能,为将其他半导体材料的光催化功能与特殊浸润性相结合并应用于双功能水净化领域奠定了基础。3)油水分离同时原位催化还原芳香类染料的双功能水净化网膜的制备。将Ag纳米颗粒通过电化学沉积法负载到聚多巴胺预处理基底表面,在实现“除水型”油水分离的同时具有原位催化还原各种芳香类染料的优异性能。该纳米Ag簇负载网膜具有良好的稳固性和抗氧化性能,延长了材料的使用寿命,为贵金属催化剂在水净化领域的潜在应用提供了新的前景。4)原位染料吸附水包油型乳液分离滤膜的制备。基于迈克尔加成与席夫碱反应,通过一步浸渍法在混合纤维素酯微孔滤膜表面修饰邻苯二酚-聚乙烯亚胺复合物。该材料对于染料污染表面活性剂稳定的水包油型乳液表现出很好的乳液分离效果以及原位吸附染料的高效性能。此外,材料可以快速地实现吸附-解吸附循环且易于多次重复使用,为实现复杂乳化污水体系的处理及实际应用提供了可行性。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ051.893;X703
【部分图文】：

第 1 章 绪论表面浸润性基本理论又称润湿性，指的是当液体与固体表面发生接触时，液体附至固体内部的现象。浸润性是固体表面一种重要的物理化学生产亦或日常生活中均发挥着十分重要的作用。研究发现力）和微观结构[42-45]是影响固体表面浸润性的两个决定性因同，研究者们将固体表面划分为高能表面和低能表面：金属无机盐等为常见的高能表面，此类表面较易被一般液体所浸部分有机固体及聚合物分子，该表面的浸润性与固/液两相相关。固体的表面自由能极大地影响着浸润性能，根据固体和油浸润现象的不同，我们可以定性地将表面分为亲水、疏亲水表面有金属、陶瓷、玻璃等；疏水/亲油表面包括聚烃水/疏油表面的代表则为全氟聚合物（图 1.1）。

浸润现象的不同，我们可以定性地将表面分为亲水、疏表面有金属、陶瓷、玻璃等；疏水/亲油表面包括聚烃油表面的代表则为全氟聚合物（图 1.1）。图 1.1 固体表面自由能及其浸润行为[27]。

此角度为前进角与后退角的差值，通常与固体表面倾斜的角度数值一致[52,53]。1.3.3 固/液/气体系浸润性根据经典 Young’s 方程理论，在仅考虑固、液、气三相体系中任意两相的表面自由能（界面张力）时，即可测得光滑理想固体表面上液滴的本征接触角。然而在现实世界中这种完美的理想固体表面几乎不存在，因此固体表面的粗糙结构是影响液滴实际浸润性的另一重要考量因素[54]。当液滴与粗糙固体表面接触时，微观尺寸下的三相接触线不是连续的而是支离破碎的，因此在宏观上表现出来的接触角并不能真实地反映出固/液两相的相互作用，此时液滴的接触角称为表观接触角（图 1.4）。迄今，能够较为完善的用于阐释液滴在具有粗糙结构的固体表面浸润状
【参考文献】

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本文编号：2892950