基于毛竹纤维素超浸润材料的仿生构筑及其油水分离性能研究

来源 :赣南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liubin121366
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因原油泄漏、工业生产和居民生活含油污水排放引起的水污染问题给生态环境和生物生存造成了巨大的威胁。因此,油水分离膜技术和材料的开发与研制对含油废水处理意义重大。目前,用于含油废水处理的仿生超浸润油水分离材料已取得重要进展,但高效、稳定、环保型油水分离材料的开发仍是一个挑战。源于自然界的纤维素具有储量大、易于改性、绿色可循环等优势,是研发新型生物基油水分离材料的有力竞争者。本论文立足江西毛竹资源,以毛竹纤维素为原料,通过仿生策略构筑具有特殊浸润性毛竹纤维素基材料,并实现高效的油水分离,研究内容主要包括:(1)本文以毛竹中提取的纤维素作为纤维素原料,利用Li OH/Urea/H2O溶解体系溶解纤维素,将预处理的铜网浸入已溶解的毛竹纤维溶液,通过在乙醇溶解中再生,制备了超亲水-水下超疏油的纤维素/铜网复合材料。利用现代仪器分析技术对已制备的复合材料进行表征与测试,实验表明:从扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、接触角等的测试结果得知纤维素紧密包裹住铜网表面且具有水下超疏油特性。纤维素与铜网之间有多尺度微纳米结构,使水分子快速通过,油相液体被截留,从而能够实现油水混合物的选择性分离和油品的快捷回收,油水分离效率均在98%以上。(2)以毛竹中提取的纤维素作为纤维素原料,利用Li OH/Urea/H2O溶剂体系进行毛竹纤维素溶解。鉴于在乙醇凝固浴中所制备的油水分离材料机械性性能不稳定,故选用环氧氯丙烷作为交联剂加入到纤维素溶液中,使其发生化学交联反应,以获得强度更好的纤维素水凝胶/铜网油水分离复合材料。探究经过化学交联的纤维素/铜网的油水分离性能,并以SEM、X射线能谱(EDS)、FT-IR对其进行表征,揭示其在固-液-气三相环境中油水分离机制。经过化学交联的纤维素复合铜网稳定性更好,并能够实现油水混合物的选择性分离和油品的快捷回收,油水分离效率高达99.97%,且循环10次,仍具有较高的油水分离效率。(3)维素气凝胶作为一种新型的三维材料,兼具了传统气凝胶和新一代气凝胶的独特性质。以毛竹纤维素为实验原料,利用Na OH/Urea/H2O溶剂体系溶解毛竹纤维素溶液,通过溶胶-凝胶法制备毛竹纤维素水凝胶,并利用冷冻干燥制备毛竹纤维素气凝胶。同时,采用低表面能物质十六烷基三甲氧基硅烷疏水改性纤维素气凝胶,成功构筑超疏水毛竹纤维素气凝胶并进行油水分离性能研究。研究结果表明,毛竹纤维素具有良好的油水分离效果,油水分离效率高达37.4 g/g。
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