论文部分内容阅读
油水分离旨在解决工业含油废水和溢油污染问题。在该领域，特殊浸润性材料具有巨大的应用潜力。金属有机骨架材料(MOFs)，具有比表面积大、孔隙率大、孔径可调等诸多优点。然而，大部分MOFs材料对水分敏感且不稳定，从而限制了其实用性。为此，对MOFs材料进行疏水改性，可有效提高水稳定性。本论文围绕疏水性MOFs及其复合海绵的制备与油水分离应用展开研究。主要研究内容如下：
(1)长链烷改性Zr-MOFs及其复合海绵制备与应用：以UiO-66-NH2为研究对象，以硬质酰氯为改性剂，经酰胺化反应合成了一种超疏水性Zr-MOFs(UiO-66-NH-C18)。该材料水接触角高达151.7°，在298K和80RH％下水蒸气吸附量低至5.59mmol/g，仅为UiO-66-NH2的28％，且在强碱(pH=13)条件下具有高稳定性。此外，UiO-66-NH-C18可选择性地从水中分离有机溶剂，分离效率高达99.9％。进一步，以三聚氰胺海绵为基底，采用PDMS浸涂法制备了疏水性UiO-66-NH-C18@sponge复合材料。该材料水接触角高达141°，吸油容量为32.3g/g(正己烷)-66.1g/g(二氯甲烷)，且经10次循环后，仍可保留初始值的80.5%。
(2)氟基苯甲酸改性Zr-MOFs及其复合海绵制备与应用：以UiO-66为研究对象，在合成过程中加入4-氟苯甲酸，制备了一种疏水性Zr-MOFs-F。通过调节制备过程中4-氟苯甲酸与氯化锆的配比，改变MOFs材料的浸润性。相对于原始UiO-66的亲水性(WCA=21°)，UiO-66-1F(10)显示出疏水性(WCA=122°)，且在酸性、碱性和高温条件下具有高稳定性。同时，以三聚氰胺海绵为基底，在聚多巴胺(PDA)的辅助作用下，原位生长UiO-66-1F(10)晶体，从而制备了超疏水UiO-66-1F(10)@PDA@sponge复合材料。该材料水接触角高达150.4°，吸油容量为50.5g/g(正己烷)-107.8g/g(二氯甲烷)，且经10次循环后，仍可保留初始值的88.5%。
(1)长链烷改性Zr-MOFs及其复合海绵制备与应用：以UiO-66-NH2为研究对象，以硬质酰氯为改性剂，经酰胺化反应合成了一种超疏水性Zr-MOFs(UiO-66-NH-C18)。该材料水接触角高达151.7°，在298K和80RH％下水蒸气吸附量低至5.59mmol/g，仅为UiO-66-NH2的28％，且在强碱(pH=13)条件下具有高稳定性。此外，UiO-66-NH-C18可选择性地从水中分离有机溶剂，分离效率高达99.9％。进一步，以三聚氰胺海绵为基底，采用PDMS浸涂法制备了疏水性UiO-66-NH-C18@sponge复合材料。该材料水接触角高达141°，吸油容量为32.3g/g(正己烷)-66.1g/g(二氯甲烷)，且经10次循环后，仍可保留初始值的80.5%。
(2)氟基苯甲酸改性Zr-MOFs及其复合海绵制备与应用：以UiO-66为研究对象，在合成过程中加入4-氟苯甲酸，制备了一种疏水性Zr-MOFs-F。通过调节制备过程中4-氟苯甲酸与氯化锆的配比，改变MOFs材料的浸润性。相对于原始UiO-66的亲水性(WCA=21°)，UiO-66-1F(10)显示出疏水性(WCA=122°)，且在酸性、碱性和高温条件下具有高稳定性。同时，以三聚氰胺海绵为基底，在聚多巴胺(PDA)的辅助作用下，原位生长UiO-66-1F(10)晶体，从而制备了超疏水UiO-66-1F(10)@PDA@sponge复合材料。该材料水接触角高达150.4°，吸油容量为50.5g/g(正己烷)-107.8g/g(二氯甲烷)，且经10次循环后，仍可保留初始值的88.5%。