超疏水PC基多孔复合材料制备及其油水分离特性研究

发布时间：2017-12-24 06:15

本文关键词：超疏水PC基多孔复合材料制备及其油水分离特性研究　出处：《郑州大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着全球工业的快速发展,各国对石油和化工产品的需求量呈现出急剧增长的趋势。与此同时,石油泄漏和工业有机物排放却对水资源和环境造成了严重的污染。因此,污水处理对人类的生产和生活具有非常重要的现实意义。传统油污治理的方法主要包括电化学、浮选、离心、过滤、重力分离和原位燃烧等,然而大部分上述方法由于用时较长、操作繁琐、费用昂贵、分离效率低等缺点在实际应用时受到很大限制。近年来,超疏水材料因其特殊的润湿性在油水分离领域展现出广阔的应用前景,备受国内外研究者的关注。其中,超疏水聚合物三维多孔材料由于具有超疏水表面、低密度、高孔隙率、大比表面积、互通孔洞结构等优点,可以对油水混合物中的油进行高效的选择性分离,在众多油水分离材料中脱颖而出。本文先采用聚碳酸酯(PC)和羧基化多壁碳纳米管(OMWNTs)等原料,通过热影响非溶剂诱导相分离法(TINIPS)制备出具有超疏水特性的PC基多孔复合材料(OMWNTs含量为1 wt%)。借助扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪、傅里叶变换红外光谱仪和接触角测定仪等试验仪器,对PC/OMWNTs多孔复合材料的微观结构和油水分离性能进行了表征,研究结果和结论如下:(1)多孔复合材料的水接触角达到159o,油接触角接近0o,具备优异的超疏水/超亲油特性;(2)多孔复合材料微观结构由微纳结构组成,微米尺度材料形貌是由直径约为3-12μm的珊瑚状粒子堆积而成,纳米尺度材料形貌表明这些珊瑚状粒子是由粗细不均、交错连接的纳米纤维网络构成,且孔径分布较宽;(3)OMWNTs在相分离过程中通过物理作用包覆进PC纳米纤维骨架中,对纤维骨架起到支撑作用,导致多孔复合材料具有高孔隙率;(4)多孔复合材料的超疏水/超亲油特性使其能够有效地对油水混合物中的油进行选择性吸附,实现油水分离;(5)多孔复合材料对各种油和有机溶剂均具有优良的吸附能力,饱和吸附容量可以达到自身重量的8-13倍,而且在循环使用十次后仍具备较好的吸附能力,表现出良好的循环使用性能。随后,研究了不同OMWNTs含量(1-4 wt%)对PC/OMWNTs多孔复合材料结构和性能的影响。研究结果表明:(1)OMWNTs含量在1-3 wt%范围,填料含量增加会使多孔复合材料的纳米纤维骨架逐渐变细,孔径变大,孔数量增多。随着OMWNTs含量继续增加(4 wt%),多孔复合材料的纳米纤维骨架开始变粗,孔径减小,孔数量也随之减少。因此,在OMWNTs含量为3%时,PC/OMWNTs多孔复合材料可以获得最佳的多孔结构;(2)由于多孔复合材料结构对其油水分离性能具有决定性的影响,3 wt%多孔复合材料的超疏水性最优(水接触角达到164°),对各种油和有机溶剂的饱和吸附容量达到最大(其中大豆油的饱和吸附容量可以达到自身重量的14.8倍)。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332

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