环境响应型纺织基吸附材料用于高效油水分离的研究

发布时间：2017-05-25 12:24

  本文关键词：环境响应型纺织基吸附材料用于高效油水分离的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今世界经济飞速发展,能源大量消耗,同时也产生了大量的环境问题,其中,原油泄漏和含油污水的大量排放导致的水体浮油污染是急需解决的问题。目前的油水分离材料存在技术复杂、生产成本高、效率低、带来二次污染等问题。从原理上分析,油水分离属于界面科学的范畴,利用材料的浸润性质来实现油水分离成为了一个重要的研究方向。基于此,本论文利用原子转移自由基聚合技术(ATRP)制备了具有智能响应性的纺织基油水分离的材料,具体内容如下:(1)棉织物表面氨基化方法优化:纤维素类纤维表面虽然富含羟基,但羟基反应活性低,本论文通过三种方法在棉织物表面引入氨基:氨基硅油整理法、含氨基硅氧烷整理法,含氨基活性染料中间体整理法。通过红外(IR)、紫外(UV)、扫描电镜(SEM)、视频接触角仪(CA)等方法考察氨基功能化后棉织物的物理化学性能,结果表明三种方法均能在织物上产生大量的氨基,并且氨基密度可控。通过考察织物的氨基含量、水洗稳定性、柔软度、白度及力学性能,对三种功能化方法进行比较并优选出活性染料中间体整理法为最佳方法。此方法可使纤维表面获得大量氨基,同时还可以维持棉纤维表面形貌及其柔软透气等优异性能。(2)pH响应型吸附材料的制备与应用:采用原子转移自由基聚合技术在氨基化棉织物表面接枝具有pH响应性的聚甲基丙烯酸(PMAA),采用SEM、IR和CA等分析技术对棉织物接枝前后的表面形貌、化学结构以及pH响应性质等进行了研究。通过接触角测试发现,当pH从1增加到13,改性棉织物的接触角从150°下降到0°,而润湿时间相应地从120 s降低到0 s,实现了亲疏水的转变。将该织物浸入油水混合物时,能在低pH下选择性吸油,在高pH下选择性吸水,从而实现高效的油水分离。(3)pH、温度双响应型吸附材料的制备与应用:为了进一步提高油水分离的效率和扩大应用环境的范围,通过ATRP技术在棉织物表面接枝了具有pH和温度双响应性的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)。采用SEM、IR和CA等分析技术对棉织物接枝前后的表面形貌、化学结构以及pH响应性质和温敏响应性能等进行了研究。结果表明,该接枝织物具备温度和pH的双重响应性能,织物转变的pH为5~7,pH为6.5时最低临界相转变温度(LCST)约为40~50 oC。接枝织物在pH为1时可以在油中吸水;在pH为13时,可以在水中吸油。在高pH下,织物在水中吸油的质量接近本身质量的4倍,而在低pH下,织物吸附的油能脱吸附,利于织物的重复利用和油的回收。
【关键词】：原子转移自由基聚合 染料中间体整理法 pH、温度双响应 表面亲水性 油水分离
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TS106.6;X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 课题的背景及意义12-13
• 1.2 常规油水分离的方法及材料13-15
• 1.2.1 常规的油水分离方法13-14
• 1.2.2 常规油水分离材料14-15
• 1.3 浸润性油水分离材料的研究15-19
• 1.3.1 疏水-亲油型油水分离材料16-17
• 1.3.2 亲水-疏油型油水分离材料17-18
• 1.3.3 智能型油水分离材料18-19
• 1.4 环境响应型聚合物的研究与应用19-21
• 1.5 原子转移自由基聚合技术21-22
• 1.5.1 聚合物接枝到纤维表面的方法21
• 1.5.2 原子转移自由基聚合（ATRP）21-22
• 1.6 本课题研究选题意义及内容22-24
• 1.6.1 选题意义22-23
• 1.6.2 研究内容23-24
• 1.6.2.1 棉织物表面氨基化方法的优化23
• 1.6.2.2 pH响应型吸附材料的制备与应用23
• 1.6.2.3 pH、温度双响应型吸附材料的制备与应用23-24
• 第二章 棉织物表面氨基化方法的优化24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-27
• 2.2.1 材料与仪器24-25
• 2.2.1.1 实验材料与药品24-25
• 2.2.1.2 实验仪器25
• 2.2.2 实验方法25-26
• 2.2.2.1 氨基硅油整理25-26
• 2.2.2.2 APTES整理26
• 2.2.2.3 CDATA整理26
• 2.2.3 实验表征方法26-27
• 2.2.3.1 白度的测定26
• 2.2.3.2 柔软性能的评价26
• 2.2.3.3 衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）测试26
• 2.2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）测试26
• 2.2.3.5 视频接触角仪（CA）测试26
• 2.2.3.6 氨基密度的测定方法26-27
• 2.3 结果与讨论27-32
• 2.3.1 氨基密度的测定27-30
• 2.3.1.1 氨基硅油硅含量的测定27-28
• 2.3.1.2 APTES氨基密度测试28-29
• 2.3.1.3 CDATA氨基密度测试29-30
• 2.3.2 傅里叶红外光谱仪（FTIR）的测定30
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）测试30-31
• 2.3.4 润湿性能的测定31
• 2.3.5 不同接枝位点引入方法的比较31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 pH响应型吸附材料的制备与应用33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 材料与仪器33-34
• 3.2.1.1 实验材料与药品33
• 3.2.1.2 实验仪器33-34
• 3.2.2 实验方法34
• 3.2.2.1 CDATA整理34
• 3.2.2.2 接引发剂34
• 3.2.2.3 聚合反应34
• 3.2.2.4 聚合动力学研究34
• 3.2.3 实验表征方法34-35
• 3.2.3.1 接枝率34-35
• 3.2.3.2 衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）测试35
• 3.2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）测试35
• 3.2.3.4 视频接触角仪（CA）测试35
• 3.2.3.5 X射线光电子能谱仪（XPS）测试35
• 3.2.3.6 油水分离性能测试35
• 3.2.3.7 选择性吸附性能测试35
• 3.3 结果与讨论35-42
• 3.3.1 pH响应性吸附材料的制备35-36
• 3.3.2 聚合物动力学研究36-37
• 3.3.3 织物接枝前后样品的测试与表征37-38
• 3.3.3.1 X射线光电子能谱仪（XPS）测试37
• 3.3.3.2 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）测试37-38
• 3.3.3.3 扫描电镜（SEM）测试38
• 3.3.4 接枝织物的pH响应性能测试38-39
• 3.3.5 接枝织物的油水分离研究39-42
• 3.3.5.1 接枝织物的油水分离效果研究39-40
• 3.3.5.2 接枝织物的选择性吸附效果研究40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 pH、温度双响应型吸附材料的制备与应用43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 实验部分43-46
• 4.2.1 材料与仪器43-44
• 4.2.1.1 实验材料与药品43-44
• 4.2.1.2 实验仪器44
• 4.2.2 实验方法44-45
• 4.2.2.1 CDATA整理44
• 4.2.2.2 接引发剂44
• 4.2.2.3 聚合反应44
• 4.2.2.4 聚合动力学研究44-45
• 4.2.3 实验表征方法45-46
• 4.2.3.1 接枝率45
• 4.2.3.2 衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）测试45
• 4.2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）测试45
• 4.2.3.4 视频接触角仪（CA）测试45
• 4.2.3.5 X射线光电子能谱仪（XPS）测试45
• 4.2.3.6 油水分离性能测试45
• 4.2.3.7 油水分离效果测试45-46
• 4.3 实验结果与讨论46-54
• 4.3.1 pH、温度双响应吸附材料的制备46
• 4.3.2 聚合动力学的研究46-47
• 4.3.3 织物接枝前后样品的测试与表征47-49
• 4.3.3.1 不同接枝率棉布的X射线光电子能谱图（XPS）测试47-48
• 4.3.3.2 不同接枝率棉布的红外（FTIR）测试48-49
• 4.3.3.3 不同接枝率棉布的扫描电镜（SEM）测试49
• 4.3.4 不同接枝率棉布的温度和pH响应性能测试49-51
• 4.3.5 接枝织物的油水分离研究51-54
• 4.3.5.1 接枝织物的油水分离的效果研究51-52
• 4.3.5.2 接枝织物的吸附性能研究52-53
• 4.3.5.3 接枝织物油水分离中吸附脱吸附性能研究53-54
• 4.3.5.4 接枝织物的油水分离重复利用性能研究54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 总结56-57
• 5.2 不足与展望57-58
• 参考文献58-68
• 攻读学位期间成果68-69
• 致谢69

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