极端润湿材料的合成及在油水分离中的应用研究

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大量的原油泄漏和有机废水的排放对自然环境和人体健康造成了极大的风险。因此,研究人员迫切需要一种有效的方法来解决这一问题。由于特殊的选择润湿性,极端润湿材料为人们解决这一问题提供了一种很好的途径。近年来,以超疏水材料为代表的极端润湿材料在油水分离领域大放异彩,极大的推进了其发展。受大自然的启发,制备极端润湿材料的两个关键因素是微纳米尺度粗糙结构的构建和低表面能物质的改性,二者相辅相成。随着对极端润湿材料的不断深入研究,一系列产品用于水体净化、含油废水处理等,极大的方便了我们的生活,但是随着需求的不断提高,也暴露出了一些不足,诸如材料制作成本高昂、工艺复杂、制备过程对环境不友好等问题。因此,采用简单工艺,廉价原材料,绿色低成本制备出性质稳定,可高效分离油水混合物的极端润湿材料对于实际应用和环境保护有着至关重要的意义。本论文选用廉价易得的氧化镁和四氧化三铁为主要原材料,借助常见的低表面能改性剂改性织物和海绵,合成了功能性的极端润湿材料,方法简单易行,不需要苛刻反应条件,避免了传统制备方法上的不足。本论文的主要研究内容如下:(1)利用氧化镁颗粒和铝酸酯,成功地制备了具有油水分离性能和承载能力的稳定超疏水织物,方法简单易行,绿色环保,成本低廉,可大规模制备。通过胶带剥离试验、折叠试验、洗涤试验和pH试验,证明改性后的织物具有良好的稳定性。特别是当织物负载200 g的重量后可以在600#砂纸上移动22米而不会失去超疏水性。织物在水中的可承受压力为66.8 N/m2,具有良好的水中承载能力。利用超疏水-超亲油性能,可将不同油水混合物中的油水分离,分离效率达90%以上,证明该材料具有优良的油水分离能力。该超疏水织物在污水净化、潜水设备等领域具有一定的应用价值。(2)以Fe3O4粒子和硬脂酸为原料,成功制备了一种绿色、无氟、耐用、低成本的超疏水磁性海绵。可通过改变磁场来控制材料的位置,避免操作者直接接触有毒有害溶剂,这是传统油水分离材料不具有的优点。制备的材料在酸溶液、碱溶液和盐溶液的苛刻条件下可浸泡7天,仍保持超疏水性。在加载重量为200 g,80个循环的挤压变形测试中(压缩应变为75%),仍具有超疏水性,证明材料具有良好的化学稳定性和机械稳定性。该海绵可用于油水混合物的分离和油水乳状液的净化,分离效率达90%以上,具有优良的油水分离能力。此外,该材料可以将原油乳状液分离纯化。该磁性超疏水海绵制备方法简单易行,且可大规模制备,这为该材料的有效利用提供了途径,显示了其在油水分离、污水净化、乳液净化和溢油收集等方面的潜在应用前景。
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