特殊润湿性铜网的制备及其在油水分离中的应用

发布时间：2017-10-08 09:22

  本文关键词：特殊润湿性铜网的制备及其在油水分离中的应用

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【摘要】：特殊润湿性是自然界中一个常见的生物表面现象,也是现代仿生学材料中非常重要的一种特性。近年,特殊润湿性材料尤其是超疏水超亲油和超亲水水下超疏油材料的制备及在油水分离领域中的应用较为引人关注。铜网作为一种常见易得的金属滤网,具有较强的金属韧性和稳定性。本文即研究了几种特殊润湿性铜网的制备方法及其在油水分离中的应用,主要研究内容如下:利用化学刻蚀与自组装法,在酸环境下通过氯化铁对铜网进行刻蚀,再分别利用月桂酸、硬脂酸、十二硫醇溶液对其进行自组装修饰,在控制刻蚀和修饰条件下制备出油接触角高达164.3°的超疏水超亲油铜网;分析不同浓度的刻蚀溶液FeCl3和刻蚀时间、不同类型的修饰液和修饰时间对所制备铜网润湿性的影响;分析酸碱盐环境的腐蚀对所制备铜网的润湿性影响。通过内在机理分析可知低表面能物质的自组装修饰既包含铜微纳米颗粒本身具有很多空穴结构的物理吸附,又包含羧基、巯基等与少量氧化铜CuO发生的化学吸附。再次表明所制备铜网的润湿性归因于表面粗糙度与化学组成的双重变化。利用酸碱中和法,通过草酸浸泡Cu(OH)2纳米带铜网,在控制浸泡浓度和时间下制备出一种全新的具有粗糙麦穗状纳米带结构的超亲水水下超疏油草酸铜网,其在水下油接触角可达158.4°;分析了草酸溶液浓度和浸泡时间对所制备铜网润湿性的影响;对比分析了所制备草酸铜网的耐腐蚀性。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)以及傅立叶转换红外线光谱分析仪(FTIR)等表征手段,发现表面形貌由原来的光滑Cu(OH)2纳米针带转变为粗糙的CuC2O4麦穗状带;这种润湿性改变既包含化学组成的变化,又伴随发生表面粗糙度的变化。利用化学沉积法,制备出高耐腐蚀性的超亲水水下超疏油镀银铜网;通过接触角测量仪(OCA-15)测得其水下的油接触角为157.6°;分析硝酸银溶液浓度和浸泡时间对所制备镀银铜网特殊润湿性的影响;同时分析了所制备镀银铜网的耐腐蚀性;通过扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)等表征技术分析所制备镀银铜网的表面形貌和晶体结构,原始铜网经硝酸银溶液浸泡后,铜表面出现针簇状的银微纳米结构,表面化学组成和粗糙度是镀银铜网能够达到超亲水水下超疏油的两个主要因素。利用自制的分离装置对所制备几种特殊润湿性铜网进行油水分离性能测试,油品包括环己烷、二氯甲烷、煤油等。同时提出一种海洋大范围浮油自动收集船的模型思路。实验结果表明,所制备超疏水超亲油铜网、超亲水水下超疏油草酸铜网以及镀银铜网对上述油水混合物经过多次分离后,效率均可达94%以上,同时三者耐静液压均达到1.46kPa以上。这充分表明所制备的特殊润湿性铜网均具有较高的油水分离效率和耐液压、能适用大部分浮油、可多次循环使用等特点,同时为海洋大范围的浮油泄漏问题提供科学、合理、有效的解决方案。
【关键词】：特殊润湿性铜网 自组装 草酸铜 化学沉积 油水分离
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O647.5;TQ051.85
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 特殊润湿性的理论基础14-19
• 1.2.1 接触角和杨氏方程14-16
• 1.2.2 非理想表面润湿性方程16-18
• 1.2.3 特殊润湿性的定义18-19
• 1.3 特殊润湿性表面的制备方法19-27
• 1.3.1 超疏水超亲油表面的制备方法19-23
• 1.3.2 超亲水水下超疏油表面的制备方法23-27
• 1.4 特殊润湿性表面在油水分离方面的应用现状27-28
• 1.5 本论文研究背景、内容及创新性28-31
• 1.5.1 背景及意义28-29
• 1.5.2 主要研究内容29-30
• 1.5.3 论文创新性30-31
• 第二章 超疏水超亲油铜网的制备31-47
• 2.1 引言31
• 2.2 实验内容31-33
• 2.2.1 实验材料31-32
• 2.2.2 实验仪器32
• 2.2.3 制备过程32-33
• 2.2.4 样品表征33
• 2.3 结果与讨论33-45
• 2.3.1 微纳米铜颗粒的形成机理33-35
• 2.3.2 低表面能物质修饰粗糙结构的反应机理35-36
• 2.3.3 氯化铁浓度与刻蚀时间对铜网润湿性的影响36-37
• 2.3.4 不同修饰液浸泡时间对铜网润湿性的影响37
• 2.3.5 超疏水超亲油铜网的表面形貌分析37-39
• 2.3.6 超疏水超亲油铜网的表面成分分析39-40
• 2.3.7 超疏水超亲油铜网的表面润湿性测试40-42
• 2.3.8 不同修饰条件下超疏水超亲油铜网的表面耐腐蚀性测试42-45
• 2.4 本章小结45-47
• 第三章 超亲水水下超疏油草酸铜网的制备47-61
• 3.1 引言47-48
• 3.2 实验内容48-49
• 3.2.1 实验材料48
• 3.2.2 实验仪器48
• 3.2.3 制备过程48-49
• 3.2.4 样品表征49
• 3.3 结果与讨论49-60
• 3.3.1 草酸铜纳米带的形成机理49-50
• 3.3.2 草酸溶液浓度和浸泡时间对铜网润湿性的影响50-51
• 3.3.3 超亲水水下超疏油铜网的表面形貌分析51-53
• 3.3.4 超亲水水下超疏油铜网的表面成分分析53-54
• 3.3.5 超亲水水下超疏油草酸铜网的表面润湿性测试54-56
• 3.3.6 超亲水水下超疏油铜网的表面耐腐蚀性测试56-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 超亲水水下超疏油镀银铜网的制备61-71
• 4.1 引言61-62
• 4.2 实验内容62-63
• 4.2.1 实验材料62
• 4.2.2 实验仪器62
• 4.2.3 制备过程62-63
• 4.2.4 样品表征63
• 4.3 结果与讨论63-69
• 4.3.1 超亲水水下超疏油镀银铜网的形成机理63-64
• 4.3.2 硝酸银溶液浓度和浸泡时间对铜网润湿性的影响64-65
• 4.3.3 超亲水水下超疏油镀银铜网的表面形貌分析65-66
• 4.3.4 超亲水水下超疏油镀银铜网的表面成分分析66-67
• 4.3.5 超亲水水下超疏油镀银铜网的表面润湿性测试67-68
• 4.3.6 超亲水水下超疏油镀银铜网的表面耐腐蚀性测试68-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第五章 油水分离的应用研究71-86
• 5.1 引言71
• 5.2 实验内容71-72
• 5.2.1 实验材料71-72
• 5.2.2 实验仪器72
• 5.3 超疏水超亲油铜网的油水分离72-76
• 5.3.1 分离装置72-73
• 5.3.2 分离过程73-74
• 5.3.3 不同油水混合物的分离效率及其循环使用次数的影响74-75
• 5.3.4 耐液压性能75-76
• 5.4 超亲水水下超疏油草酸铜网的油水分离76-80
• 5.4.1 分离装置76
• 5.4.2 分离过程76-77
• 5.4.3 不同油水混合物的分离效率及其循环使用次数的影响77-79
• 5.4.4 耐液压性能79-80
• 5.5 超亲水水下超疏油镀银铜网的油水分离80-83
• 5.5.1 分离装置80
• 5.5.2 分离过程80-81
• 5.5.3 不同油水混合物的分离效率及其循环使用次数的影响81-82
• 5.5.4 耐液压性能82-83
• 5.6 两种超亲水水下超疏油铜网的性能对比83-84
• 5.7 利用超疏水超亲油铜网的海洋浮油收集船模型流程设计84
• 5.8 本章小结84-86
• 结论与展望86-89
• 参考文献89-96
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果96-97
• 致谢97-98
• 附件98

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本文编号：993221