仿生金属基油水分离表面的制备及分离机理

发布时间：2020-02-09 00:30

【摘要】：随着人民生活水平的提高,油类及其制品广泛的应用于国民经济的各个领域中,而且其用量也与日俱增。含油污水作为水资源的一种常见的污染源,其对人类生存环境和可持续发展的危害极大。因此含油污水的处理是当今急需解决的问题。当含油废水被排入水体后,油层覆盖了水面,阻止了氧气向水中的扩散,从而使得藻类的光合作用受到限制;使水生动植物有油味或毒性,破坏了水资源的利用价值;如果用含油废水灌溉农田,油类物质将覆盖土壤和植物的表面,从而致使农作物受到破坏;由于水面污油的扩散,将导致海滨城市旅游区的自然景观被污染。作为自然界中普遍存在的现象,固体表面的润湿行为是表面化学研究中极为关键的一部分。许多生物材料除了超疏水性能之外,还具有自清洁、防污、减阻、耐腐蚀、油水分离等特性,从而有着极为广阔的应用与发展前景。基于自然界生物的优异特性,在多孔基底材料上上制备具有超疏水性超亲油性的多功能表面具有重要的科学意义与工业价值。因此,本文选取多孔的金属网和铜泡沫作为基底,分别采用电沉积技术、氧化沉积技术成功制备出超疏水超亲油的表面,观察制备表面的微观形貌,系统分析其化学成分、润湿性、油水的选择通过性等性质。运用电化学沉积法然后用月桂酸修饰表面成功制备出能够高效分离油和水的超疏水铜网,具备超疏水和超亲油的特性,静态水接触角值高达155.3°±3°,油的接触角为0°。而且,制备的表面对石油、甲苯、己烷、汽油以及柴油都表现高效的油水分离效率,即便循环10次以上依然展现高效的分离效果。这种制备的铜网格呈现水的自清洁性能。通过简单的氧化沉积,然后在表面用硬脂酸修饰,成功制备出具有优异的油水分离效率的不锈钢网,这种不锈钢网具有超疏水和超亲油的特性。样品浸泡的过程中,表面粗糙度以及低表面自由能涂层是超疏水表面形成的两个重要因素,它们能够相继完成。制备的表面同时具有超疏水以及超亲油的特性,水接触角能够高达153°±3°,油的接触角能够达到0°。而且,制备的不锈钢网能够用于油水分离,在石油、甲苯、己烷、汽油以及柴油等油水分离过程中表现出良好的分离效率,此方法简单、高效,而且能够以进行连续的油水分离。通过刻蚀沉积将银沉积并用含有羧基和甲基的硫醇(HS(CH2)11CH3和HS(CH2)10COOH)得到智能表面。经过处理后的铜泡沫的润湿性可根据p H的调控在超疏水和亲水之间的可逆转换。制备好的铜泡沫可很容易地将在水面上或水下的有机溶剂除去。此外,制备好的铜泡沫能高效地双向分离油水混合物。根据不同地p H,有两种油水分离模型。一种是碱性水溶液,水可以通过但是油被阻挡;另一种是油可以通过,但是水被阻挡。另外,使用铜泡沫进行一系列的油水混合物的分离试验,分离效率高于92%。这种方法可广泛应用在防止环境污染,生物粘附性材料和微流体装置等。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703

【参考文献】