多功能超浸润性材料的制备及其在水净化中的应用研究

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近年来,随着工业生产中以及海上石油开采或运输过程中造成的油类污染日益严重,寻找从水中收集和去除大量有机污染物的有效方法正引起全球的关注。异向浸润性材料因其对油和水具有明显相反吸收特性,在进行油水分离时,可以将油水混合物收集然后过滤或直接将材料与泵相连原位吸收水中的油,极大地节约了操作成本并且具有较高的效率,而成为油水分离研究的热点。基于此,本论文以具有特定功能的纳米粒子为核,通过简单的溶剂浸泡法制备了三种多功能超浸润性材料,实现了油水分离、净化水、自清洁和光热性一体化的目标。主要研究内容和结论如下:(1)超亲水水下超疏油APTES-TiO2包覆织物的制备及其性能研究通过简单的浸泡法,在无溶剂的条件下制备了超亲水水下超疏油γ-氨丙基三乙氧基硅烷-TiO2包覆织物(APTES-TiO2@fabric)。实验结果表明,APTES-TiO2@fabric具有良好的超亲水水下超疏油性(WAC=0°;UWOAC>152°)、油水分离能力(分离效率>99%)和耐酸碱盐腐蚀性。同时,APTES-TiO2@fabric也展现了优异的光催化性能,能降解水中的亚甲基蓝和吸附在自身上的有机染料。APTES-TiO2@fabric具有良好的油水分离效率和光催化性能,实现了油水分离、净化水和自清洁一体化,对实际工业中废水的处理有一定借鉴意义。(2)光催化超疏水SH-ZnO-PDMS包覆织物的制备及其性能研究将ZnO和十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)交联合成SH-ZnO并作用于织物上,然后用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为胶粘剂增强SH-ZnO与织物之间结合力,以提高织物的机械耐久性,制得了超疏水SH-ZnO3-PDMS@fabric。实验结果表明,SH-ZnO3-PDMS@fabric具有优异的超疏水性(WAC=156.5°,SA=6.5°)和环境稳定性(WAC:146.9~156.6°)。在油水分离测试中,SH-ZnO3-PDMS@fabric对各种油水混合物的分离效率均大于95.5%。另外,SH-ZnO3-PDMS@fabric也展现了良好的光催化性,能在紫外照射下降解了水中的亚甲基蓝和表面的油酸污染物。为构建具有环境耐久性、光催化性、自清洁性的超疏水材料提供了一种可行的方法。(3)基于贻贝仿生和蜡烛烟灰的超疏水光热海绵(P-CS-PDA@MF)的制备及其性能研究依次将聚多巴胺(PDA)和蜡烛烟灰(CS)沉积于三聚氰胺甲醛海绵(MF)骨架,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为疏水改性剂制备了超疏水P-CS-PDA@MF海绵。实验结果表明,P-CS-PDA@MF海绵具有优异的超疏水性能(WAC=153.56°)、环境稳定性(WAC:150.17~152.75°)、吸油能力(吸油容量:33.87~78.90 g/g)和破乳能力。更为重要的是,P-CS-PDA@MF也展现了出色的光热性能(?T=63℃),能在模拟太阳光辅助下加速高粘度油(蓖麻油)的收集。另外,P-CS-PDA@MF海绵还有优异的阻燃性。P-CS-PDA@MF海绵具有优异的吸油性能和光热性,为处理含油废水、乳液和高粘度油提供了一种可行的方法。
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