特殊浸润性油水分离材料的结构调控与性能研究

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特殊浸润性油水分离材料是近几年发展起来的具有实际应用前景的功能性分离材料。特殊浸润性油水分离材料因其对油和水有相反的润湿性能,可以选择性地从油水混合物中去除水或去除油,并且分离过程十分环保和高效。除油型油水分离材料由乙烯基硅油改性阳离子聚丙烯酸酯经电泳沉积法沉积到不锈钢铁网上制得。乙烯基硅油改性阳离子聚丙烯酸酯选取甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(ST)为基本成膜单体,甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)为交联单体,甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)为阳离子单体提供电荷,乙烯基硅油为降低表面能的单体。用核磁共振、XPS等表征证明合成了所需的树脂。实验结果表面,在0-30%含量内随着乙烯硅油含量的提高,改性铁网的水接触角缓慢提高,超过30%含量时合成的树脂会分相。改性铁网对水的接触角约为127°,对水突破压力为686Pa左右。对二氯甲烷、正己烷和甲苯等的接触角接近为0°,油通量可达100000 L·m-2·h-1,仅由重力驱动,分率效率在99.0%以上。在酸性(pH=0)、碱性(pH=14)、饱和食盐水的极端环境中浸泡24小时后,制备的改性铁网的分离效率仍保持在99.0%以上。另外此改性铁网还适用于粘度大的油(如原油和泵油)的分离。分离效率不低于85.0%,通量超过500 L·m-2·h-1。除水型油水分离材料由聚氨酯水凝胶制备。选用亲水二元醇聚乙二醇(2000g/mol)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应得聚氨酯预聚体,再用水跟剩余的NCO反应进行扩链,得到聚氨酯溶液。再经烘干制得聚氨酯膜、吸水溶胀、打孔工序等步骤制得聚氨酯水凝胶油水分离膜。用红外光谱、核磁共振等表征证明合成了所需的聚氨酯。随着IPDI与PEG的比例提高,聚氨酯膜的平衡含水量下降明显,机械强度提高。制备的聚氨酯水凝胶膜表面光滑,无微米纳米的粗糙度,对各种有机油的水下接触角在145°左右,十六烷在聚氨酯水凝胶膜上的水下粘附力小于1μN。打孔工序中随着微针直径的变大,对油的突破压力减小,对水的通量变大,可根据实际需求选择,如当微针直径为300μm时,对正己烷的突破压力为274.4Pa,水通量为19207.1 L·m-2·h-1。制备的聚氨酯水凝胶油水分离膜对不同油的分离效率大于99.0%,水中含油量小于10 ppm。并且可以在水中长期使用超过7天,且可以经受干燥-溶胀的循环测试20次。经砂砾冲击磨损测试后对正己烷的突破压力和表面形貌无明显影响。此外,聚氨酯水凝胶油水分离膜在酸碱极端环境下(pH 0-14)仍保持水下疏油性质。
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