超润湿性不锈钢网的制备及其在油水分离方面的应用

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现代工业中含油废水的大量排放以及经常性的油泄漏造成了严重的油污染,对水资源及环境带来了巨大的破坏。因此,解决油污染是十分重要的问题。相对于传统的油水分离方法,采用超润湿性材料进行油水分离的方法,能够快速低能高效地对油水混合物进行分离,逐渐成为油水分离研究的热点。本论文采用孔径大、强度高、无污染、经济易得的不锈钢网(SSM)作为基底,通过简单的原位生长的方法制备出了一种超亲水不锈钢网,并且在此基础上利用单面沉积法制备得到了高疏水-超亲水的Janus不锈钢网(Janus-SSM),可用于分离不混溶油水混合物;进一步地将超亲水不锈钢网与Janus-SSM组装形成三维的Janus不锈钢网层,并实现了乳化油水混合物的高效分离。本论文研究内容如下:(1)首先在不锈钢网上通过原位生长多巴胺和二氧化硅粒子的方法成功制备得到超亲水不锈钢网。该超亲水不锈钢网对于水的接触角为0°,水下油(正己烷、正戊烷、石油醚、异辛烷)的接触角高于150°,具有很好的水下疏油性。该超亲水不锈钢网能够用于分离轻油和水的混合物,油水分离效率达到99.80%,分离通量达45000 L·m-2·h-1,并且在20个分离循环之后仍能保持较高分离效率,表现出出色的油水分离性能;在经过强酸、强碱、高浓度盐溶液、有机溶剂的处理及砂子冲击之后仍能保持很好的润湿性能及分离效率,展现了出色的化学和机械稳定性能。(2)将所获得的超亲水不锈钢网在重油和水的相界面上单面接枝全氟硅氧烷实现单面疏水改性,然后单面沉积多巴胺而获得超亲水/高疏水Janus-SSM。该Janus-SSM的高疏水侧的水接触角为135°,超亲水侧水的接触角为0°,并且超亲水侧在水下对于正己烷、正戊烷、石油醚、异辛烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷等油的接触角均高于150°,具有水下超疏油性。相比于超亲水不锈钢网,该Janus-SSM既能分离重油/水的混合物,又能分离轻油/水的混合物,分离效率均高于99.50%,分离通量最高可达45000 L·m-2·h-1,在20次分离循环之后仍能保持较高的分离效率;在经过强酸、强碱、高浓度盐溶液、有机溶剂及砂子冲击等处理之后仍能够保持良好的润湿性能,具有出色的化学、机械稳定性能。(3)将所获得的单层Janus-SSM与多片超亲水不锈钢网叠加组合,得到三维Janus不锈钢网层。该三维Janus网层,不仅能够分离不混溶的重油、轻油与水的混合物,而且由于层状结构中的特殊三维通道,可以实现乳化油水混合物的高效破乳与分离,对于水包油和油包水的乳液的分离效率均大于99.30%,分离通量最高可达7000 L·m-2·h-1。
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