超疏水铜网的制备及其油水分离性能研究

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水和油是人们日常生活中重要资源。水和油的质量严重影响着人们生活和生产的各个方面。水中含有油污会降低水质,甚至造成严重的污染,同样,油中含有水将会严重影响油的品质和使用效率。因此,油水分离的研究对于提高水和油的质量有着重要的意义。超疏水超亲油滤网能够根据水和油在其表面湿润性的不同,将油水混合液中的油、水分离开来,是一种新兴、高效的油水分离工具。本文以200目的铜网为基材,采用三种不同方法制备出超疏水超亲油滤网,并设计了一种油水分离装置,对油水的分离效率进行了研究。主要研究内容与结果如下:1.铜网在400℃氧化生成氧化铜表面,用0.5M十六酸乙醇溶液浸泡30min,得到与水的接触角和滚动角分别为166.3°和2.7°,与甲苯接触角约为0°的超疏水超亲油氧化铜网。SEM、XRD、 FTIR和XPS研究结果表明具有微纳结构的粗糙氧化铜表面与十六酸发生了化学反应,生成了低表面能物质十六酸铜,使其表面具有超疏水性,并表现出很好的耐腐蚀性和热稳定性。2.用低表面能试剂十二硫醇修饰铜网20min,制备出与水接触角达162.1°,滚动角为3°,与油接触角约为0°的超疏水超亲油铜网。SEM显示十二硫醇溶液修饰后铜网表面的微观形貌没有发生变化。XPS表明十二硫醇与铜网表面发生了自组装反应。同时,对超疏水铜网的热稳定性和在HCl、NaOH和NaCl溶液中的耐腐蚀性进行了研究。3.通过铜网与0.01M的CuSO4溶液反应60min在表面生成氧化亚铜层,而不使用任何低表面能修饰剂,制备出超疏水超亲油氧化亚铜网。其与水滴的接触角达到159.6°,滚动角为3.8°,与甲苯的接触角约为0°。SEM、XRD和XPS研究表明生成的氧化亚铜晶体颗粒分布均匀,纯度很高,与基材有较强的结合力。并且在0~200℃具有很好的热稳定性,在NaCl溶液中表现出一定的耐腐蚀性能。4.用设计的油水分离装置对甲苯、汽油、柴油、和煤油四种不同油与水的混合液进行油水分离试验。实验结果表明,三种超疏水铜网对几种油水混合液的分离效率都在90%以上,并且能够重复使用20次以上。此外,三种超疏水铜网表面的耐水压高度均超过14cm。
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