【摘 要】
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由于石油的开采及运输泄漏、含油污水的不达标排放等使得油类污染物进入水体引起水质下降或恶化而造成油类水污染。目前用于解决油水分离相关的环境与资源问题的方法中,膜分离技术由于其效率高、成本低、通用性强、使用方便等优势而广泛用于环境的治理以及资源的回收利用。常用于油水分离材料的基材可以大致分为金属网、滤膜以及织物三种。相对于金属网或者滤膜来说,织物作为油水分离材料的基材,具有成本低、工艺简单、质量轻等优
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由于石油的开采及运输泄漏、含油污水的不达标排放等使得油类污染物进入水体引起水质下降或恶化而造成油类水污染。目前用于解决油水分离相关的环境与资源问题的方法中,膜分离技术由于其效率高、成本低、通用性强、使用方便等优势而广泛用于环境的治理以及资源的回收利用。常用于油水分离材料的基材可以大致分为金属网、滤膜以及织物三种。相对于金属网或者滤膜来说,织物作为油水分离材料的基材,具有成本低、工艺简单、质量轻等优点,而棉织物由于其表面存在大量的绒毛而具有一定的粗糙度,并且在棉纤维含有亲水基团而具有一定的亲水性,同时棉纤维还可以通过生物自然降解,因此比较适合作为超亲水/超疏油型油水分离材料的基材。MXene是一种具有特殊的亲水性以及二维片层结构的纳米材料,在油水分离方面具有重要研究意义与应用价值。本文以棉和涤棉织物分别为基材制备出具有优异分离性能的MXene油水分离膜,并分析其结构特点及工艺与性能之间的关系。以棉织物为基材通过浸轧/超声喷涂的方式将具有亲水性的柔性MXene纳米片固载于棉织物上,借助于离子液体对棉纤维的溶胀溶解作用,提高MXene纳米片在棉纤维上的固载率,并使棉纤维表面具有一定的粗糙度,使其具有更优异的亲水性。探讨了MXene悬浮液的分散性、离子液体的作用温度与时间、MXene纳米片的固载方式等对油水分离材料性能的影响,并得到了最佳工艺。对所制备的油水分离材料进行了扫描电镜、X射线衍射、接触角、能谱测试,来分析油水分离材料的表面形貌及结构,分析其油水分离机理。并对所制备的基于棉织物的MXene油水分离材料的油水分离效率、通量、耐酸碱性、可循环性、拉伸强力进行了测试,评价其综合油水分离性能。基于上述工作基础,将油水分离的基材由棉织物替换为涤/棉65/35织物使得所制备的油水分离材料具有更好的强力、耐酸碱性以及更加稳定的孔隙。探讨了影响油水分离材料分离性能的因素,得到最佳工艺:MXene悬浮液浓度为0.45mg/ml、施加方式为三浸三轧、温度为85℃、时间为9min。在重力驱动下,该工艺条件下制得的油水分离材料对环己烷/水混合物的分离效率可达99%以上,通量为53950 L/m~2·h;进行10次的重复性油水分离实验后,油水分离效率几乎没有降低,通量有所下降,但仍保持较高的通量。在p H值为1～13的环境下对油水分离材料处理10h后,MXene油水分离膜的分离效率几乎没有下降,保持在98%以上,并且通量衰减较少。
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