疏水/亲油膜的制备及其油水分离性能研究

发布时间：2021-06-25 11:47

　　由于工业含油废水的排放与频繁的石油泄漏事故的发生等造成的海洋水域污染程度的增加,创新和发展油水混合物及油水乳液分离技术已成为一个具有挑战性的任务,寻找恰当的方法解决油水污染问题,从而纯化、回收油类物质,既可节约能源又能保护环境。膜分离技术因其操作简单,能耗低,无二次污染,分离效果明显,是未来发展的主要方向。本文旨在开发一种性能优良的疏水/亲油型膜材料,并将其应用在油水分离领域。本实验主要分为两个部分,第一部分主要制备了超疏水/超亲油油水分离滤布,选择带有SH-官能团的巯丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）对纳米SiO2功能修饰,然后通过浸渍-涂覆的方法制备超疏水性涂层滤布,对涂层滤布的结构及性能进行了表征,并探究其对油水混合物的分离能力。聚偏氟乙烯（PVDF）具有优良的物理化学性能,热稳定性好、耐化学氧化性、抗酸碱性强、可采用多种制备方法,并且制备工艺简单易操作,因此成为水处理领域高性能用膜的热点材料。因此,第二部分主要通过双凝固浴法制备了表面具有粗糙微纳米结构的疏水/亲油型PVDF膜材料,首先研究了凝固浴组成及非溶剂型添加剂对膜表面形貌及性能的影响,其次引入了具有长烷基链疏水型的聚甲基丙烯... 

【文章来源】：天津工业大学天津市

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 含油废水的产生及危害
        1.1.2 油水混合物的存在形式
        1.1.3 常用油水分离方法
    1.2 特殊润湿性油水分离材料的研究进展
        1.2.1 表面化学的基本理论
        1.2.2 超亲水/超疏油油水分离材料
        1.2.3 超疏水/超亲油油水分离材料
            1.2.3.1 超疏水滤布
            1.2.3.2 超疏水三维多孔材料
            1.2.3.3 超疏水薄膜
    1.3 膜分离技术概述
        1.3.1 膜分离技术原理
        1.3.2 膜材料分类
        1.3.3 相转换法制膜方法
        1.3.4 疏水膜制膜材料
        1.3.5 聚偏氟乙烯疏水膜在油水分离中的应用
    1.4 浸没沉淀相分离法制备PVDF膜过程的影响因素
        1.4.1 聚合物浓度
        1.4.2 非溶剂添加剂
        1.4.3 凝固浴组成及温度
    1.5 课题意义及研究内容
        1.5.1 课题意义
        1.5.2 研究内容
第二章 超疏水聚酯滤布的制备及油水分离性能的研究
    2.1 引言
    2.2 实验试剂与仪器
        2.2.1 化学试剂
        2.2.2 实验仪器
    2.3 实验部分
        2.3.1 纳米SiO_2的表面修饰
        2.3.2 超疏水过滤滤布的制备
            2.3.2.1 PET滤布的预处理
            2.3.2.2 超疏水过滤滤布的制备
    2.4 测试与表征
        2.4.1 傅立叶变换红外光谱分析
        2.4.2 X射线光谱分析
        2.4.3 扫描电子显微镜
        2.4.4 X射线能谱分析
        2.4.5 透射电子显微镜
        2.4.6 粒度分布分析
        2.4.7 表面润湿性分析
        2.4.8 物理力学性能测试
        2.4.9 滤布对油的吸附及分离实验
    2.5 结果与讨论
        2.5.1 表面修饰SiO_2的红外光谱分析
        2.5.2 X射线能谱分析
        2.5.3 SiO_2表面修饰前后的微观形态
        2.5.4 聚酯滤布表面的微观形貌分析
        2.5.5 超疏水滤布的表面润湿性
        2.5.6 超疏水滤布对油水混合物的分离
        2.5.7 超疏水滤布的耐溶剂性
        2.5.8 物理力学性能
    2.6 本章小结
第三章 PVDF膜微结构的调控及其油水分离性能
    3.1 引言
    3.2 实验试剂与仪器
        3.2.1 化学试剂
        3.2.2 实验仪器
    3.3 实验部分
    3.4 测试与表征
        3.4.1 扫描电子显微镜
        3.4.2 广角X射线衍射分析
        3.4.3 差示扫描量热分析
        3.4.4 激光共聚焦显微镜分析
        3.4.5 表面润湿性分析
        3.4.6 物理力学性能测试
        3.4.7 油水分离膜分离性能的测试
        3.4.8 油水分离膜分离效率的测试
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 凝固浴对PVDF膜表面形貌及性能的影响
            3.5.1.1 凝固浴对PVDF膜表面形貌的影响
            3.5.1.2 凝固浴对PVDF膜表面接触角的影响
            3.5.1.3 凝固浴对膜表面形貌影响的原因
        3.5.2 添加剂对PVDF膜的表面形貌及性能的影响
            3.5.2.1 添加剂对PVDF膜表面形貌的影响
            3.5.2.2 添加剂对PVDF膜表面接触角的影响
            3.5.2.3 添加剂对PVDF膜表面粗糙度的影响
            3.5.2.4 添加剂对PVDF膜结晶性的影响
            3.5.2.5 对油水混合物的分离性能
            3.5.2.6 对油包水乳液的分离性能
            3.5.2.7 PVDF膜的物理力学性能
    3.6 本章小结
第四章 PVDF/PSMA复合膜微结构的调控及其油水分离性能
    4.1 引言
    4.2 实验试剂与仪器
        4.2.1 化学试剂
        4.2.2 实验仪器
    4.3 实验部分
        4.3.1 PVDF/PSMA复合膜成膜参数的正交设计
            4.3.1.1 正交试验安排
            4.3.1.2 正交方案确定
        4.3.2 PVDF/PSMA复合疏水膜的制备
            4.3.2.1 铸膜液的制备
            4.3.2.2 双凝固浴法制备PVDF/PMSA复合膜
    4.4 测试与表征
        4.4.1 扫描电子显微镜
        4.4.2 广角X射线衍射分析
        4.4.3 差示扫描量热分析
        4.4.4 激光共聚焦显微镜分析
        4.4.5 表面润湿性分析
        4.4.6 物理力学性能测试
        4.4.7 油水分离膜分离性能的测试
        4.4.8 傅立叶变换红外光谱分析
        4.4.9 油水分离膜分离效率的测试
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 PVDF/PSMA复合膜的表面形貌分析
        4.5.2 PVDF/PSMA复合膜表面粗糙度及润湿性的分析
        4.5.3 PVDF/PSMA复合膜对油水乳液的分离
        4.5.4 PVDF/PSMA复合膜的物理力学性能
        4.5.5 正交试验分析结果
        4.5.6 PVDF/PSMA复合膜温敏性的分析
            4.5.6.1 DSC分析
            4.5.6.2 PVDF/PSMA复合膜水通量的测试
        4.5.7 PSMA对复合膜结晶性的影响
            4.5.7.1 红外分析
            4.5.7.2 XRD分析
    4.6 本章小结
第五章 PVDF/GE复合膜微结构的调控及其油水分离性能
    5.1 引言
    5.2 实验试剂与仪器
        5.2.1 化学试剂
        5.2.2 实验仪器
    5.3 实验部分
        5.3.1 纺丝液的配制
        5.3.2 PVDF纳米纤维的制备
        5.3.3 纳米纤维复合双层膜的制备
    5.4 测试与表征
        5.4.1 扫描电子显微镜
        5.4.2 透射电子显微镜
        5.4.3 广角X射线衍射分析
        5.4.4 差示扫描量热分析
        5.4.5 表面润湿性分析
        5.4.6 物理力学性能测试
        5.4.7 油水分离膜分离性能的测试
        5.4.8 油水分离膜分离效率的测试
    5.5 结果分析
        5.5.1 纳米纤维复合膜的表面形貌分析
        5.5.2 纳米纤维复合膜的表面润湿性分析
        5.5.3 纳米纤维复合膜的结晶度及物理力学性能分析
        5.5.4 纳米纤维复合膜的XRD分析
        5.5.5 纳米纤维复合膜的分离性能
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 研究结论
    6.2 问题与展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]聚酯织物表面耐用超疏水涂层的制备及在油水分离中的应用(英文)[J]. 李杨,汪家道,樊丽宁,陈大融.  物理化学学报. 2016(04)
[2]现代油水分离技术与原理[J]. 张博,王建华,吴庆涛,康志强.  过滤与分离. 2014(02)
[3]基于杨氏方程的固体表面能计算研究进展[J]. 刘永明,施建宇,鹿芹芹,郭云珠,陈瑞卿,尹大川.  材料导报. 2013(11)
[4]添加剂对PVDF膜结构和性能的影响[J]. 赵丝丝,相波,王作华,李义久.  化学研究与应用. 2010(12)
[5]凝固浴组成和温度对PVDF疏水微孔膜结构与性能的影响[J]. 李倩,许振良,吕洁.  高校化学工程学报. 2010(02)
[6]仿荷叶表面研究进展[J]. 粟常红,陈庆民.  化学通报. 2008(01)



本文编号：3249158