玻纤滤材表面化学改性及其在油水分离中的应用

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随着柴油低硫化的发展,为保证柴油的品质及应用要求,柴油中需添加各种添加剂,其中的表面活性剂组分不仅会吸附于油水界面,使界面张力降低和乳化水粒径变小,还容易吸附到油水分离滤材表面,导致滤材的润湿性能改变,从而给乳化水的聚结-分离带来负面影响。目前,玻纤过滤材料广泛应用于柴油中乳化水的聚结-分离,其表面性质是影响油水分离效率的关键因素之一。因此,本文通过选择和制备不同化学结构的改性剂,以获得不同表面化学性质和润湿性能的改性玻纤滤材,并研究其在低界面张力油水乳液中的初期和长效油水分离性能。论文的主要研究内容如下:(1)选择不同性质的硅烷偶联剂对玻纤滤材进行表面化学改性。首先,以硅烷偶联剂KH570为代表,研究了反应浓度、反应时间、反应温度和溶液p H值等条件对滤材表面接枝改性结果及其润湿性能的影响。然后以此为基础,通过改变硅烷偶联剂种类和利用两种不同性质的硅烷偶联剂同时改性玻纤滤材,获得了更多不同润湿性能和表面化学组成的改性玻纤滤材。最后,通过红外光谱、扫描电镜和孔径测试,对改性滤材表面的化学官能团和微孔结构进行了表征和分析。(2)以TDI、PEG和TEOH为原料,通过缩聚反应制备目标结构为“TDI-PEG-TDITEOH”的亲-疏水链段低聚物,对合成过程中的反应温度、反应时间、原料配比和加料方式等条件进行优化后,制备得到目标结构的预期产物,并通过傅里叶变换红外光谱、核磁氢谱、核磁碳谱和凝胶渗透色谱等方法对产物的化学组成和结构进行了确认。利用低聚物末端的-NCO基团与玻纤滤材表面的羟基进行缩合实现接枝改性,从而获得了一系列表面具有不同性质的低聚物改性玻纤滤材,并研究了其对滤材表面润湿性的影响。最后,通过SEM测试和滤材孔径及分布表征,证明了接枝改性对滤材的微孔结构和过滤性能无明显影响。(3)通过研究乳化剂含量和剪切速率对乳化水粒径及稳定性的影响,在油水界面张力为5.49 m N/m,7k rpm转速的处理条件下,可获得平均粒径为17.3μm且在测试时间内稳定的油水乳液。对一系列改性玻纤滤材的初期和长效油水分离性能进行研究,结果表明:亲水性玻纤滤材虽在初期内获得了较高的油水分离效率,但其长效分离性能不佳;具有疏水和疏油特性的改性玻纤滤材对乳化水有持久高效的拦截-分离作用;表面同时有亲水-疏水不同性质硅烷的改性滤材对乳化水的聚结-分离有促进作用。“TDI-PEGTDI-TEOH”亲-疏水链段低聚物通过对稳定乳化水的破乳和聚结作用,使接枝改性滤材具有更高的油水分离性能,这为构建适用于低界面张力油水乳液的高效分离材料提供了一种新思路。
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