超疏水超亲油滤网的制备与应用研究

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水和油的质量影响人类生产和生活的各个方面。水中污油会降低水质,甚至造成严重的水污染,而油中含有的废水会严重影响油的质量和使用效率。油水分离技术的研究对于提高水和油的质量有着重要的意义。超疏水超亲油滤网能够根据水和油在其表面湿润性的不同,将油水混合液中的油、水分离开来,是一种新兴、高效的油水分离工具。本文基于化学刻蚀和化学镀层,研究出了两种分别用纯铜丝网和不锈钢丝网制备超疏水超亲油滤网的方法,并对这两种滤网进行了一系列的研究。采用化学刻蚀法在纯铜片基底上制备超疏水超亲油表面,分析了FeCl3刻蚀液的刻蚀机理:FeCl3刻蚀液优先溶解基底表面上裸露的晶界、位错等晶体缺陷,形成了不规则的微观结构。通过实验得出了适用于纯铜基底上制备超疏水超亲油表面的低表面能物质—硬脂酸,硬脂酸沉积的时间以1h为宜。以纯铜丝网为基底,FeCl3/HCl溶液作为刻蚀液,硬脂酸为低表面能物质,本文研究了基于化学刻蚀的超疏水超亲油铜网的制备方法,分析了铜丝表面刻蚀与铜片表面刻蚀的不同之处,丝网规格对于滤网湿润性的影响。设计了油水分离试验,分析了滤网的分离油水的效果。结果表明:密集的丝网结构对纯铜丝网表面的湿润性有一定的促进作用。经这种方法制备的200目的超疏水超亲油滤网上,水的接触角为159.6°,水滚动角为14°,煤油滴能在极短的时间内在网上迅速地扩散开。在铜丝上刻蚀出符合要求的微观结构所需要的时间要比刻蚀铜片短很多。铜丝表面刻蚀出的微观粗糙结构比铜片上刻蚀出的结构精细且均匀,有明显的方向性。当基底孔径小于170μm时,这种滤网对多种油水混合液的分离油水效率在99%以上。不锈钢丝网在CuSO4/HCl溶液中镀铜,经硬脂酸修饰后能够制备出性能优越的超疏水超亲汕滤网。采用SEM和EDS分析滤网表面的微观结构和化学成分;分析了孔径对于滤网疏水性的影响,设计了油水分离试验,分析了滤网的分离油水的效果。结果表明:经此方法制得的滤网水接触角最大可以达到163.9°,同时滚动角能够小于6°。油滴能够在极短的时间内浸润滤网表面,铺展开形成油膜,并迅速扩散。基底的孔径小于150μm时,经此方法制备出的超疏水超亲油滤网具有良好的超疏水性。当基底孔径小于230μm时,这种滤网对多种油水混合液的分离油水效率在99%以上。
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