UiO-66分离膜的制备及油水分离性能的研究

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在我们的生产生活中,日益增长的工业含油废水排放,油泄漏事件,不仅会引发严重的环境污染问题,甚至危害整个生态系统。面对这些问题,油水分离这个领域引起人们的极大关注,并展现出巨大的应用前景。近些年来,特殊浸润性材料这个领域发挥着不可替代的作用。浸润性的实质是材料本身的性质,其浸润性主要取决于该材料的微观结构和表面的化学组成。人们发现在空气中荷叶的上表面遇到水滴会表现出超疏水的性质,而且这个表面具有自清洁的效果。当在水下时,油滴在荷叶的下表面以球形展现出来,表现出超疏油的性质。继续研究发现,荷叶的下表面的结构是由30-50μm的微乳凸和其上的纳米级的凹槽这样的复合结构组成的。受到大自然的启发,亲水的化学组成以及粗糙的微纳复合结构是形成水下疏油的两个重要因素。大量的水下疏油膜材料成功应用于油水分离这一领域中。金属有机骨架材料(Metal Organic Frameworks,MOFs)是人们研究颇多的材料之一。MOFs材料因具有较高的比表面,一定的裁剪性,较强的化学稳定性以及热稳定性已经被广泛地应用到各种领域。MOFs作为一种多孔晶体材料,它是由两个部分自组装构筑形成的,一部分是金属原子中心或金属簇,另一部分是有机配体。通过控制金属与配体的自组装,MOFs材料可以被设计成多种特定的结构,例如粒子、粉末、纤维、核壳结构、薄膜、膜等。基于MOFs材料的化学功能化,羧酸和羟基使得MOFs材料的表面具有一定的亲水性。与此同时,MOFs材料的晶体通过调节可以形成一定的结构。因此,MOFs材料的功能结构和材料本身的化学组成可以满足水下疏油的重要条件。在众多MOFs材料中,锆基MOFs具有较高的稳定性、优异的性能和功能,有着良好的应用前景。第一个Zr-MOF是Zr6(O)4(OH)4(BDC)6(UiO-66),该化合物具有12配位的Zr6(O)4(OH)4(CO212团簇,由于存在丰富的羟基,使其具有很强的亲水性。同时,UiO-66材料因具有较强的的锆氧键而显示出较高的机械、热和化学稳定性,并已被应用于多种领域。本文中,以UiO-66为研究对象,首先通过尝试不同的金属源,研究了晶体形貌的控制。进一步,不锈钢网为载体,成功制备了UiO-66分离膜,并进行了油水分离性能的研究。
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