【摘 要】
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我国80%的汽车维修厂规模小,技术水平低,分布广,部分甚至建立在居住区或其他敏感地区,受自身条件限制,大部分汽修含油废水未经适当处理的含油废水被排放到公共下水道或周边环境中,已经成为了亟待解决的环境污染问题。以廉价的水玻璃为前驱体的疏水Si O2气凝胶制备工艺简单,且孔隙率高,疏水亲油,是快速、高效处理汽修含油废水的理想吸附剂。然而,传统疏水Si O2气凝胶的机械强度低、难以回收等不足极大地限制了
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我国80%的汽车维修厂规模小,技术水平低,分布广,部分甚至建立在居住区或其他敏感地区,受自身条件限制,大部分汽修含油废水未经适当处理的含油废水被排放到公共下水道或周边环境中,已经成为了亟待解决的环境污染问题。以廉价的水玻璃为前驱体的疏水Si O2气凝胶制备工艺简单,且孔隙率高,疏水亲油,是快速、高效处理汽修含油废水的理想吸附剂。然而,传统疏水Si O2气凝胶的机械强度低、难以回收等不足极大地限制了在油水分离领域中的实际应用。因此,本研究以廉价的工业水玻璃及商用聚氨酯海绵(PUS)为前驱体和骨架,三甲基氯硅烷(TMCS)为疏水改性剂,采用溶胶-凝胶法在常温常压下制备出超疏水Si O2气凝胶(SA)以及弹性超疏水Si O2/聚氨酯海绵(SA/PUS)复合材料,SA/PUS解决了传统疏水Si O2气凝胶机械强度低、难以回收的问题,扩大Si O2气凝胶适用范围。并通过X-射线衍射分析(XRD)、傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)、扫描电子显微镜分析(SEM)、接触角测量、比表面积及孔隙度分析(BET)、热重-差热分析(TG)等对材料的微观形貌与结构进行表征分析,同时还分别探究了超疏水Si O2气凝胶及Si O2/聚氨酯海绵对水中悬浮油和水包油乳液的吸附特征及影响因素,最终探明二者的吸附机理。主要研究结论如下:(1)对于SA/PUS采用正交实验法对制备条件进行优化,确定最优制备条件为:PUS预处理时间为8 h,成胶p H值为3.0,老化时间为24 h,TMCS改性剂用量为50 m L,此时SA/PUS的水接触角为158.5°,属于超疏水材料,制备工艺简单,成本较有机硅源低廉,适于汽修企业含油废水处理实际。(2)SEM结果显示,疏水改性后的SA表面颗粒粗糙,结构蓬松,具有疏水材料典型的微表面,比表面积为460.31 m~2/g,平均孔径为6.50 nm,而SA/PUS的表面被一层Si O2纳米粒子覆盖,且保留了PUS的三维网络结构,比表面积为686.10 m~2/g,平均孔径为3.37 nm,比表面积的提高,为SA/PUS的吸附提供了更多的活性位点。SA/PUS可承受高达61.90%的压缩应变,并在应力释放后迅速恢复原始形状,经过5次疲劳循环压缩后,其抗压强度仅下降了13%,与SA的低强度、高脆性形成鲜明对比,使SA/PUS在含油废水的处理过程中更便于回收,提高效率。(3)SiO2气凝胶表面的疏水基团-CH3所带来的超强亲油性,使得SA和SA/PUS对水包油乳液均具有良好的吸附性能:SA对乳化油的吸附量最高可达941.32 mg/g,SA/PUS对乳化油的吸附量更是可达到1068.46 mg/g。受静电吸附作用的影响,SA和SA/PUS对乳化油的吸附量随着p H的增大而减小,溶液p H为3时,吸附效果最好。(4)SA虽对水包油乳液具有较好的吸附能力,但SA呈粉末状,其机械强度较低,易碎,在吸附水中悬浮油的过程中,极易发生团聚现象,导致SA难以回收;而SA/PUS呈块状,提高SA机械强度的同时,对水中悬浮油具有良好的分离能力,其吸附量可达11190.36 mg/g,通过外力挤压就可以回收SA/PUS上吸附的油,油品回收率最高可达92.70%。即使经过10个吸附-解吸循环,油品回收率仍能达到89.86%。SA/PUS扩大了SA的应用范围,在油水分离和循环利用方面均展现出巨大的潜力。
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