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随着生产生活中含油污水的大量排放和海上原油泄漏等事故的频频发生,对高性能油水分离材料和技术的探索与发展已经成为关系到人民生活、经济发展和环境安全的重要课题。从本质上说,油水分离是界面科学的问题,所以如何利用材料的浸润性质对油和水的不同作用来帮助或实现油水分离成为了一个重要的研究方向。目前,这一领域正经历飞速的发展过程,具有特殊浸润性的油水分离材料达到了传统材料和技术所难以实现的高效性和高选择性,成为了推动油水分离技术发展的新突破口。本论文正是在这一研究背景下,致力于发展新型的特殊浸润性油水分离材料,以探究浸润性在油水分离过程中的基本科学问题,并拓展这些新型材料的实用性和应用性。主要工作重点从特殊浸润性类型、复杂环境稳定性、环境友好性等角度展开,具体内容如下: (1)具有超亲水和水下超疏油性质的油水分离材料的制备。我们从改变材料浸润性质的本质入手,以具有优良亲水和保水性能的水凝胶材料为原料,采用光引发聚合的简单方法成功制备了新型的在水环境下具有超亲水和超疏油性质的油水分离网。该分离网可以有效将水从各类油水混合物中分离出来,如植物油、汽油、柴油和原油的油水混合物等等,分离效率高达99%。在分离过程中,网膜的水下超疏油和对油低粘附的特性使网膜不易被油粘附和污染,从而使油和材料的回收变的简单易行。这种新型的“除水型”油水分离材料具有和传统的“除油型”材料完全相反的浸润性质,从而从本质上克服了传统材料易污染难回收的缺点。该工作对“除水型”特殊浸润性油水分离材料的研究进行了创新型尝试,为制备新型特殊浸润性类型的油水分离材料奠定了基础。 (2)高酸和盐环境下可以稳定使用的特殊浸润性油水分离材料的制备。海水的高盐环境和工业废水中复杂的酸碱环境对油水分离材料提出了在高盐、高酸和高碱性条件下能够稳定使用的更高要求。我们利用聚合硅酸凝胶材料高耐酸的特性,通过简单的浸渍-固化过程制备了在强酸和高盐环境下可以稳定使用的聚合硅酸凝胶/石英纤维布复合材料。该材料在水、酸溶液环境和盐溶液环境下均具有稳定的超亲水和水下超疏油的性质,可以选择性地将油水混合物中的水分离出来。通过耐酸和耐盐性测试,该复合网可以分离海水甚至是饱和盐水与油的混合物,也可以分离10 mol/L以下浓度的硫酸和油的混合物。分离效率高达99%以上。其超疏油和对油低粘附的特性使网膜不易被油粘附和污染,可以重复使用50次以上。这项工作对环境稳定性油水分离材料的制备进行了探索性的研究,提高了特殊浸润性油水分离材料实用性和应用性。 (3)生物可降解聚乳酸特殊浸润性油水分离膜和吸油材料的制备。环境友好性是未来油水分离材料的发展趋势。我们将具有生物可降解性质的聚乳酸(PLA)引入特殊浸润性油水分离材料的构筑,通过简单的相分离与模板法制备了具有超疏水/超亲油性质的PLA过滤和吸油材料。该材料可以选择性地分离油水混合物中的油,具有分离效率高、分离稳定性高和材料易处理等优点。粗糙的多孔结构使分离过程简单、快速,对于PLA过滤膜材料,只需液体重力即可实现分离,无需外力作用。由于其生物可降解的本质,使用后的材料容易处理,解决了传统特殊浸润性油水分离材料难回收和污染环境的缺陷。这个工作在保证高效分离的同时,兼顾了环境友好性,为油水分离材料的可持续发展做出了尝试性研究。