含油污水净化用尼龙66改性聚丙烯腈静电纺纤维膜的制备及应用性能研究

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在油田开采、油类产品开发、运输和使用过程中,不可避免的产生大量含油污水的排放和泄露,造成海水、生活用水的污染,严重危害生态环境和人体健康。含油污水中的有机物质通常难以降解,对微生物和海洋生物而言都极具毒性,因此,对含油污水尤其是高度乳化的油/水乳液的净化分离成为迫切需要解决的问题。传统的处理技术如撇油器、气浮法、离心法、粗粒化法等往往分离效率低,能耗和成本高、或易引入其他污染物,甚至难以有效处理小粒径的油/水乳液,而近年来,膜分离作为一种节能、环保的新兴技术得到了不断的发展。可用于处理含油污水乳液的分离膜有微滤、纳滤和超滤膜材料,然而此类商业膜的分离渗透通量低,需要施加较高的驱动压力,能耗较高。基于此,本文旨在以简单的制备方法设计开发一种在自重驱动下具有高效分离性能的膜材料,并研究其在含油污水乳液中的应用性能。本课题结合静电纺丝技术、浸涂工艺和非溶剂诱导相分离方法,制备出具有高孔隙率和超亲水-水下超疏油性能的分离膜材料。静电纺丝法制备的纤维直径细且相互之间无序堆叠,从而使纤维膜具有较高的孔隙率和较好的孔连通性,易于液体的渗透,十分有利于提高乳液的分离通量,故本文通过静电纺丝方法制备了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,又结合简单的浸涂工艺和水诱导相分离方法,在纳米纤维膜表面构建了由尼龙66(PA66)组成的微米级的粗糙结构,使纤维膜的表面润湿性能由普通的亲水性转化为超亲水-水下超疏油,后添加亲水二氧化硅(SiO2)纳米颗粒修饰于膜表面,构建出微纳多级粗糙结构,进一步提高了膜的亲水性。通过测试分析发现尼龙66浓度和SiO2纳米颗粒的含量对纤维膜的表面润湿性能具有关键性影响。在浓度为1wt%的尼龙66溶液改性处理后,纤维膜表面润湿性能最佳,具有超亲水-水下超疏油性能,空气中水滴完全浸润时间为6.4s,水下疏油角为159o,可实现水下抗油黏附性能,水下油滚动角为6.7o;在1wt%的尼龙66浓度下,添加含量为60wt%的SiO2纳米颗粒后,得到综合性能最佳的纤维膜,其表面润湿性进一步提高,水滴完全浸润的时间缩短到2.6s,水下油滚动角降低至2.5o。最后考察了该分离膜对含油污水乳液的分离性能,结果表明所制备的纤维膜在自重驱动下(1kPa)对石油醚/水乳液的分离通量高达4349L/m2 h,分离效率为99.97%。此外,纤维膜还具有极好的抗油污能力,循环使用性能佳,可适用于多种类型油/水乳液的净化分离,因而在含油污水的净化处理中具有极大的应用潜力。
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