溢油应急吸附材料的制备及性能研究

发布时间：2020-06-02 15:39

【摘要】：随着航运的发展,世界超过产量半数的石油产品依靠海洋油轮运输,海面油轮运输过程中由于天气、碰撞及突发意外等原因常导致油品泄漏。溢油应急处理过程中一般结合多种方法综合治理,以期达到最佳的效果,其中吸附材料的使用由于高效性和普适性成为理想的处置方式。针对市面上吸附材料性能不佳的现况,本文主要研究了两种不同吸油材料的改性方法,并分析了其对不同油品的吸附效果,以期满足应急吸附需要。(1)以市面常见的廉价三聚氰胺树脂海绵为底物,采用溶液浸渍法使用正辛基三氯硅烷对海绵进行疏水处理,将长链硅烷枝接到海绵骨架表面,使本身具有高比表面积和吸附体积的海绵满足疏水亲油的特性。通过对改性材料接触角的分析,确定最佳的硅烷浓度、处理时间和改性温度。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)和X射线衍射仪(XPS)等仪器手段对改性前后材料进行表征。重点测试了改性树脂海绵的吸油性能,其对原油、润滑油、花生油和柴油饱和吸附倍率分别为94.27g/g、84.04g/g、77.91g/g、73.42g/g;通过动态振荡的方式测试了材料保油性能,1h后材料仍能保持50%的吸附质量;通过挤压和抽滤的方式比较了改性海绵的循环使用性能,同挤压相比,抽滤回收的方式能够增加材料的使用寿命和回收表现;改性海绵在实验室静态和动态的测试中表现优异,同时借助大水槽进行工程模拟使用,同市面常用吸油材料相对比,改性海绵表现出优良的吸附性能和稳定性能。(2)环境友好性对吸附材料提出了更高的要求,因此将棉花纤维作为底物制备了一种天然有机吸附材料。通过对几种方法的比较选择碱溶液煮沸的方式去除棉花表面蜡质,使内部纤维暴露方便改性;利用溶胶凝胶法在棉花纤维表面包裹SiO_2涂层,形成粗糙结构和增大比表面积,过程中明确蒸馏水、溶剂、催化剂及金属醇盐最佳比例;最后利用十八烷基三氯硅烷进行疏水处理,研究改性时间对于疏水性能的影响。借助SEM、EDS、FTIR、比表面积分析仪(BET)和X射线衍射仪(XRD)等手段对材料表征分析。测试改性棉花的吸附倍率,吸水倍率接近于0g/g,对于各种油品吸附倍率分别为25g/g~60g/g,保油性能和循环使用性能良好。通过挤压的方法对材料循环使用,重复使用10次后,材料对于不同油品的吸附倍率仍保持在60%以上。同时研究了材料投加量以及环境因素(含盐量、温度、pH和振荡频率)对于材料吸油倍率及除油率的影响。(3)对制备的两种材料进行动力学和热力学分析,动力学中使用准一级吸附动力学、准二级吸附动力学和粒子内扩散动力学模型对吸附过程拟合;热力学中使用Langmuir等温吸附、Freundlich等温吸附和Henry等温吸附模型对等温线进行拟合。研究表明,改性三聚氰胺海绵对混合体系油品吸附满足准一级吸附动力学和Freundlich等温吸附模型;改性棉花纤维吸附过程符合准二级吸附动力学和Freundlich等温吸附过程。二者均满足C型吸附等温过程,对油品的吸附满足符合非均匀表面多层物质的吸附,且吸附能力较强。
【图文】：

天然丝,网状纤维,性能图

苇杆两种废弃物混合制备了一种吸油材料，经过吸附实验研究，复合材料的各大于单一材料[31]。化学改性多是对天然有机材料进行表面处理，使用疏水基团替代亲水基团。传性多是借助酸酐或有机酸进行乙酰化处理。郭贺等人以常见农业废弃物苎麻杆料底物，使用乙酸酐为改性试剂制备出改性苎麻材料，改性后材料对于原油的比原材料提升近 3 倍，并且改性过程简单、改性成本低以及改性时间短，为后应用提供了参考[32]。彭丽等人借助蒸汽爆破与酯化的联合作用，以水稻秸秆为出了吸油材料，不同于以往的酸碱预处理，蒸汽爆破无需考虑废水污染问题并增加秸秆的孔隙率，经测定吸水倍率降至 0.1g/g[33]。目前，随着疏水性能的广泛研究，通过构建材料表面微纳米结构和降低材料表制备疏水亲油材料的主要方向[34]。Ge 等人通过自组装技术将石墨烯涂覆在植，由于石墨烯的特性，改性样品可以作为理想的吸油材料。另外当改性材料与联合使用时，简化了重复利用的操作[35]。Wang 等人用低聚倍半硅氧烷基化OSS）改性天然丝瓜网状纤维，通过表面粗糙化和 POSS 涂层的简单处理，将初瓜网状纤维转变为超疏水性，经接触角测量仪测试水接触角为 155°。改良后维可以吸收 8-12 倍的重量的不同类型的油，并可以在使用中多次循环使用[36]

技术路线图,论文

论文技术路线图
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O647.33;X736;X55

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