超疏水多孔材料的仿生制备及油水分离应用

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随着工业和经济的快速发展,在给人们的生活带来诸多便利的同时也会产生一定的环境污染问题。例如,近年来工业和生活中含油污水的恶意排放严重影响自然环境和人类生活。另外石油泄漏现象的不断出现,这不仅会对资源产生浪费,也会威胁生态环境。因此,如何实现有效的油水分离便成为一个急需解决的问题。传统的油水分离方法包括(电)化学法、物理法以及生物法等,尽管这些方法能够达到油水分离的效果,但是仍然存在分离效率低、产生二次污染、操作复杂、成本高等问题。本文利用廉价易得的海绵、棉布、不锈钢网等作为基材制备超疏水油水分离材料,主要内容包括以下四个方面:(1)通过一步法将密胺海绵(MF)浸入含有多巴胺(DA)和十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)的溶液中反应,从而构筑超疏水海绵,测得其对水的接触角高达157.8±0.5°,对油的接触角为0°,表现出特有的超疏水和超亲油特性。对该超疏水海绵的化学稳定性、环境稳定性、机械稳定性进行研究,发现其在不同有机溶剂、不同pH值、不同温度及外力作用后仍能表现出良好的超疏水特性。(2)超疏水多孔材料应用于油水分离。通过一步法制备超疏水海绵的方法具有广泛的适用性,可以对不同的基材(聚氨酯海绵、棉布、玻璃纤维布和不锈钢网)进行修饰,最终得到多种超疏水材料。制备出的超疏水(MF)海绵和超疏水棉布可应用于多种油水混合物的分离,并且吸油性能有明显提高,另外在多次循环吸油之后仍能保持超疏水特性。同样,制备的超疏水不锈钢网也能用于多种油水混合物的分离,分离效率高达97.5%,通过多次循环油水分离后还可表现特有的超疏水性能。(3)以不锈钢网为基底,首先通过溶剂热反应法将聚多巴胺和二氧化钛附着于不锈钢网上,然后再将其浸泡在含有低表面能物质的溶液中,最后制备出具有光催化活性且超疏水的不锈钢网,通过对制备的超疏水不锈钢网进行稳定性测试、降解有机污染物和油水分离研究,发现材料能够在污水处理中得到应用。(4)以海绵(MF)为碳源前驱体,经过高温碳化制备出多孔碳海绵,然后利用溶剂热反应的方法使磁性粒子附着于碳海绵表面,在表面形成粗糙结构,最后再通过气相沉积的方法引入含氟的低表面能物质,制备出具有磁响应性的超疏水碳海绵。通过对其在不同环境下稳定性的研究,发现具有良好的稳定性,可应用于油水分离,并且在多次循环吸油后仍能达到良好的超疏水性。
摘要第3-5页
Abstract第5-6页
第1章 绪论第10-20页
    1.1 引言第10页
    1.2 含油废水的来源及危害第10-11页
    1.3 油水分离技术的研究现状第11-14页
    1.4 特殊浸润性材料在油水分离方面的应用第14-17页
    1.5 本论文的研究背景与内容第17-20页
        1.5.1 研究背景及意义第17页
        1.5.2 研究内容第17-20页
第2章 多巴胺化学构筑超疏水海绵第20-36页
    2.1 引言第20-21页
    2.2 实验部分第21-24页
        2.2.1 试剂原料与仪器表征第21-22页
        2.2.2 超疏水海绵的制备第22-23页
        2.2.3 超疏水海绵的稳定性测试第23页
        2.2.4 测试表征第23-24页
    2.3 实验结果分析与讨论第24-33页
        2.3.1 超疏水海绵的制备第24-25页
        2.3.2 超疏水海绵的表面成分分析第25-28页
        2.3.3 超疏水海绵的润湿性测试第28-30页
        2.3.4 超疏水海绵的稳定性测试第30-33页
    2.4 本章小结第33-36页
第3章 超疏水多孔材料的油水分离应用第36-52页
    3.1 引言第36-37页
    3.2 实验部分第37-42页
        3.2.1 试剂原料与仪器表征第37-39页
        3.2.2 不同基材的超疏水材料的制备第39-40页
        3.2.3 吸油性能测试第40-41页
        3.2.4 油水分离测试第41页
        3.2.5 循环利用性测试第41页
        3.2.6 测试表征第41-42页
    3.3 实验结果分析与讨论第42-51页
        3.3.1 不同基材的超疏水材料的表面形貌表征和浸润性测试第42-44页
        3.3.2 超疏水海绵的吸油性能测试第44-47页
        3.3.3 超疏水棉布的吸油性能测试第47-49页
        3.3.4 超疏水不锈钢网的油水分离性能测试第49-51页
    3.4 本章小结第51-52页
第4章 具有光催化活性的超疏水不锈钢网的制备及油水分离应用第52-68页
    4.1 引言第52-53页
    4.2 实验部分第53-57页
        4.2.1 试剂原料与仪器表征第53-54页
        4.2.2 超疏水不锈钢网的制备第54-55页
        4.2.3 超疏水不锈钢网的稳定性测试第55页
        4.2.4 超疏水不锈钢网降解有机污染物第55页
        4.2.5 超疏水不锈钢网的油水分离实验第55-56页
        4.2.6 测试表征第56-57页
    4.3 实验结果分析与讨论第57-66页
        4.3.1 超疏水不锈钢网的形貌表征第57-58页
        4.3.2 超疏水不锈钢网的表面成分分析第58-60页
        4.3.3 超疏水二氧化钛粉体的XRD表征第60页
        4.3.4 超疏水不锈钢网的润湿性测试第60-61页
        4.3.5 超疏水不锈钢网的稳定性测试第61-63页
        4.3.6 超疏水不锈钢网对有机污染物的降解能力测试第63-64页
        4.3.7 超疏水不锈钢网的油水分离性能测试第64-66页
    4.4 本章小结第66-68页
第5章 磁性超疏水碳海绵的制备以及油水分离应用第68-86页
    5.1 引言第68页
    5.2 实验部分第68-73页
        5.2.1 试剂原料与仪器表征第68-70页
        5.2.2 磁性超疏水碳海绵的制备第70-71页
        5.2.3 磁性超疏水碳海绵的稳定性测试第71页
        5.2.4 磁性超疏水碳海绵的吸油性能测试第71-72页
        5.2.5 测试与表征第72-73页
    5.3 实验结果分析与讨论第73-85页
        5.3.1 磁性超疏水碳海绵的表面形貌表征第73-76页
        5.3.2 磁性超疏水碳海绵的表面成分分析第76-77页
        5.3.3 磁性超疏水碳海绵的磁学性能分析第77-79页
        5.3.4 磁性超疏水碳海绵的润湿性测试第79-80页
        5.3.5 磁性超疏水碳海绵的稳定性测试第80-82页
        5.3.6 磁性超疏水碳海绵的吸油性能测试第82-85页
    5.4 本章小结第85-86页
第6章 总结第86-88页
参考文献第88-100页
致谢第100-102页
攻读硕士学位期间的研究成果第102页
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论文编号ABS4290676,这篇论文共102页
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