超疏水网膜材料的制备及其油水分离性能研究

来源 :武汉工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuchy2008
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海上溢油的清理以及含油废水的处理对生态环境的保护是十分重要的。具有特殊润湿性的材料,如超疏水-超亲油、超亲水-超疏油以及具有刺激响应性的特殊润湿性材料,因其表现出对水和油的特殊润湿性,使得该类材料成为了处理海上溢油以及工业含油废水的有效方法,此外,该类材料在防腐蚀、抗菌、减阻、防冰、自清洁等众多领域同样具有重要的潜在价值。该类材料表面的润湿性是由材料表面微观粗糙度与表面化学组成共同调控的,因此,通过一种简便易操作的方法改变材料表面的微观结构以及表面化学组成对特殊润湿性材料的制备是至关重要的。本文选取的基材为304不锈钢网膜,该网膜有较稳定的金属骨架结构,通过简单的表面改性方法就可获得具有特殊润湿性的不锈钢网膜材料。对改性前后不锈钢网膜表面润湿性的变化以及润湿性与不锈钢网膜表面化学组成之间的关系进行了探究,此外,对疏水改性不锈钢网膜的应用性能也进行了研究。具体工作如下:1、选取304不锈钢网膜为基底材料,采用乙烯基三乙氧基硅烷(VTMO)与气相二氧化硅(TS720)为原料进行了疏水剂的配置,通过浸涂法制备了VTMO/TS720疏水剂改性的超疏水-超亲油不锈钢网膜。通过衰减全反射傅里叶红外光谱(FTIR-ATR)和能量分散谱仪(EDS)对不锈钢网膜表面组成进行了分析,探究了特殊润湿性在不锈钢网膜表面产生的机理。此外,探究了该超疏水-超亲油不锈钢网膜对油水混合物的分离能力、可循环性以及在拟工业环境如酸碱盐性条件下的化学稳定性。结果表明,该改性网膜对不同黏度的油品与水的共混物的分离效率均大于90%,经过55次循环分离实验后,网膜对油水混合物的分离效率仍大于92.5%。对改性网膜进行了接触角测量,由测试结果得,该改性网膜对水滴的接触角可达到152±0.8°。2、通过氢氟酸(HF)的化学刻蚀从而在304不锈钢网膜表面制备出一定的粗糙度,随后通过低表面能物质12-羟基硬脂酸对不锈钢网膜进行表面修饰从而制备出了超疏水-超亲油不锈钢网膜。研究了网膜在HF中的化学刻蚀时间以及不同溶剂所配置的12-羟基硬脂酸溶液对疏水改性不锈钢网膜润湿性的影响,此外对12-羟基硬脂酸改性的不锈钢网膜的油水分离性能、可循环性以及化学稳定性进行了探究,并利用超疏水网膜的特殊润湿性设计了多级并联油水分离装置来用于油水混合物的循环分离。结果表明,该超疏水-超亲油网膜对不同的油水混合物均具有较高的分离效率,在分离石油醚与水的共混物时,分离效率最高,可达到95.65%,其余油品的分离效率也均在92%以上。由接触角测量结果得,该改性不锈钢网膜对水的接触角可达到151±0.8°,油滴则在该网膜表面迅速铺展浸润,对油的接触角为0°。3、以304不锈钢网膜为基底材料,除油并经过氢氟酸(HF)化学刻蚀处理后的不锈钢网膜,通过在正十八硫醇溶液中的自组装反应被改性为超疏水-超亲油网膜材料。通过SPSS软件设计正交实验并探究实验的最佳条件,研究了自组装反应时间、正十八硫醇溶液浓度以及在HF溶液中的化学刻蚀时间对疏水改性不锈钢网膜润湿性的影响。该改性不锈钢网膜对水的接触角可达到152.5°,对油的接触角为0°。此外,对自组装反应制备的疏水膜层的附着力进行了测试,对超疏水-超亲油正十八硫醇改性的不锈钢网膜的油水分离能力以及正十八硫醇这一低表面能物质在不锈钢网膜表面形成疏水膜层的机理进行了探讨。结果表明,不锈钢网膜的自组装时间、正十八硫醇溶液的浓度以及在HF溶液中的化学刻蚀时间对疏水改性不锈钢网膜的润湿性影响较大,该疏水改性网膜对油水混合物表现出了较高的分离效率,此外,合理利用SPSS软件能够高效地优化实验条件。
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