超浸润凹凸棒石复合材料的制备及其油水分离性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:alanhoo
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受自然界中超浸润现象的启发,科研人员制备了多种超浸润材料如超疏水/超亲油材料、超亲水/水下超疏油材料和智能响应型材料等并用于油水混合物的分离。然而,大多数用于油水分离的超浸润材料主要存在原材料价格昂贵,制备复杂和化学稳定性差等问题,限制了超浸润油水分离材料的实际应用。凹凸棒石因其资源丰富、价格低廉、环保等优势有望成为今后油水分离领域的理想候选材料。本文从材料的浸润性出发制备了三种不同的凹凸棒石复合油水分离材料。通过扫描电镜(SEM)观察了材料的表面微观形貌,用接触角测试仪测试了材料表面的浸润性能,并对材料的油水分离性能、循环稳定性、耐腐蚀性和机械性能进行了研究。1.以苯酚和甲醛为单体、壳聚糖(CS)作为软模板、凹凸棒石(ATP)为无机组分,通过水热反应合成法制备了酚醛―凹凸棒石泡沫(HP-PFP),并对其进行聚二甲基硅氧烷(PDMS)气相沉积,从而获得了超疏水改性的酚醛―凹凸棒石泡沫(HP-PFP1)。通过SEM对HP-PFP进行形貌观察,结果表明HP-PFP呈现出多孔的片状结构;比表面积测试(BET)表明HP-PFP属于多孔材料;HP-PFP1的浸润性通过接触角测试仪进行分析,HP-PFP1表现出超疏水/超亲油性能。将该泡沫可应用于油水混合物的模拟分离,其吸油量可达到自身重量的7-15倍。对HP-PFP1的可再生性能研究表明,HP-PFP1具有稳定的循环可再生性能。2.以ATP为原料,采用真空抽滤技术制备了多功能ATP涂覆膜。通过SEM对ATP涂覆膜的形貌进行了观察,结果显示ATP涂覆膜具有微/纳米粗糙结构和多孔性;通过X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等方法对ATP涂覆膜的化学成分进行了表征;并利用接触角测试仪对ATP涂覆膜的浸润性进行了测试,结果表明ATP涂覆膜具有超亲水/水下超疏油性能。ATP涂覆膜可以用于苛刻环境下水包油乳液的高效分离,其分离效率高达99.6%,渗透通量可以达到700 L m-2 h-1 bar-1,并具有良好的化学稳定性和机械性能。ATP涂覆膜在实现油水分离的同时,还可以去除水相中的染料。3.以聚偏氟乙烯(PVDF)为主体材料,水合二氧化锰(HMO)和ATP为亲水改性材料,采用溶液相转化法制备了PVDF/ATP/HMO混合基质膜(MMM)。通过SEM对MMM的形貌进行了观察,结果显示MMM呈现出粗糙多孔结构;BET测试得MMM的平均孔径约为64.13 nm;采用接触角测试仪对MMM的浸润性进行测试,结果表明MMM具有超亲水/水下超疏油和超亲油/油下疏水性能。MMM可以通过预浸润来实现水包油乳液和油包水乳液之间的按需分离。
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