高性能油水分离材料的制备及性能研究

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近年来,溢油事故频发,海上的浮油每年都会杀死数以万计的海洋生物,对生态系统造成无法挽回的破坏。利用高性能油水分离材料进行海面油污处理是最经济、最高效的方法之一。本文以廉价易得的不锈钢网为基底,以低密度聚乙烯、碳化硅、聚四氟乙烯、硬脂酸为主要改性剂,通过浸泡法、刻蚀法等方法制备出了疏水亲油的不锈钢网。用扫描电子显微镜,X射线光电子能谱,红外线光谱和能谱仪等测试手段对改性后不锈钢网的表面微结构和化学成分进行了表征,用OCA20接触角测试仪测试了改性后不锈钢网的疏水性能。研究了改性后不锈钢网的油水分离效率,油水分离速率,耐腐蚀性以及可重复使用性能,并设计了油水分离装置,结果表明:1.以不锈钢网为基底,以低密度聚乙烯(LDPE)为改性剂,采用浸泡法制备了LDPE改性的不锈钢网。当低密度聚乙烯的浓度为15.12g/L时,不锈钢网对水的接触角为125°。在低密度聚乙烯溶液中添加碳化硅(SiC)或者聚四氟乙烯(PTFE)颗粒,能够使改性后的不锈钢网对水的接触角分别达到139°和142°。2.用三氯化铁溶液对不锈钢网进行刻蚀,刻蚀后的不锈钢网具有微米-纳米复合结构的粗糙表面。然后以正十八硫醇(ODT)为改性剂,使用浸泡法对刻蚀后的不锈钢网进行表面改性,当正十八硫醇的质量分数为0.1%时,改性后的不锈钢网对水的接触角可以达到150°,具有超疏水性。实验还证明,ODT改性后的不锈钢网具有很好的耐腐蚀性能和可重复使用性能。以ODT改性不锈钢网为核心的油水分离装置,油水分离效率达98.5%,油水分离速率达1900L·min-1·m-2,基本上可以满足海上溢油回收作业的要求,具有广阔的实际应用前景。3.以不锈钢网为基底,以硬脂酸为改性剂,采用浸泡法制备了疏水亲油的不锈钢网,当硬脂酸的质量分数为0.1%时,不锈钢网对水的接触角可达到145°硬脂酸改性后的不锈钢网可以加工成“小船”模型,实验证明,用硬脂酸改性的不锈钢网所制备的“小船”模型具有高达98.8%的油水分离效率。
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