超亲水/水下超疏油不锈钢网制备及其油水分离性能研究

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油水分离网膜材料因分离效率高、无二次污染、操作简单等特点,受到当今学者的广泛关注。然而在现实环境中,油水分离网膜材料寿命短、耐用性差,因此难以投入实际应用。为提高其耐用性和使用寿命,制备具有较高实际应用价值的油水分离网膜材料,本文通过氧化转化法和金属有机框架化合物(MOF)改性制备超亲水油水分离不锈钢网膜,实现了长期耐用性、耐腐蚀性以及耐摩擦性油水分离材料的制备。
  首先,以1400目不锈钢网(SSM)作为基底,通过过硫酸铵-氢氧化钠溶液氧化和单宁酸-磷酸溶液转化,制备超亲水不锈钢网膜(SHM),并对改性前后不锈钢网膜进行了一系列研究。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至159°,证明氧化转化法改性后不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到40k~60kL.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在1000-g砝码下,经过80m磨损,SHM分离效率保持稳定。长期稳定性及耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在人工海水300天的时间里,水下静态油接触角与分离效率保持不变;浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH1和pH14)15天内,分离效率保持不变。
  其次,以碱性过硫酸铵氧化过的不锈钢网为基底,通过NH2-MIL-101与1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)自组装改性制备MOF-SHM。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至160°,证明MOF改性不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到45k~50kL.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在100-g砝码下,经过10m磨损,SHM分离效率保持稳定。耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH1和pH14)10h内,分离效率保持不变。此外,润湿后MOF-SHM被颗粒灰尘和油污污染后具有自清洁能力。
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