超疏水自清洁不锈钢网的油水分离研究

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海上溢油事件是造成海洋生态系统污染的主要因素,严重影响水环境平衡,威胁海洋生物多样性,寻求一种高效可行的油水分离方法已然成为全世界亟需解决的问题。实验采用不锈钢网作为基底材料,通过浸涂法对材料进行表面改性,构筑出新型的超疏水和自清洁表面,赋予不锈钢网油水分离和抗污染的性能。
  首先,采用200目、300目和400目不锈钢网作为基底材料,通过聚苯胺(PANI)/二氧化钛(TiO2)复合涂层进行表面浸涂改性,制备3种不同目数的超疏水PANI/TiO2改性钢网,并对改性前后的不锈钢网进行了一系列性能研究。与未改性不锈钢网相比,PANI/TiO2复合涂层修饰后的不锈钢网表面粗糙度增加,疏水性提高,200目、300目和400目钢网的静态水接触角分别由92°、93°和96°增加至152°、154°和158°,证明经PANI/TiO2复合涂层修饰后的不锈钢网表面具有超疏水性能。同时,机械磨损实验结果表明,经过100次机械磨损后PANI/Ti02改性钢网表面静态水接触角仍维持在150°以上,具有超疏水性能。另外,PANI/TiO2改性钢网对正己烷、正癸烷、间二甲苯、柴油4种不同品类油相的渗透通量均在40kL?m-2?h-1以上,且在油水分离实验中渗透液的油纯度均高于99.7%。经过100次循环分离实验后,PANI/TiO2改性钢网表面静态水接触角仅降低3°。光催化降解实验结果表明,PANI/TiO2复合涂层可有效降解不锈钢网表面的油污和有机污染物。通过3.5wt%NaCl的模拟海水浸泡60小时后,钢网表面的电化学阻抗谱证明了PANI/TiO2复合涂层修饰后的不锈钢网具有良好的耐腐蚀性能。
  其次,采用环氧树脂和氟化石墨(FG)纳米片对200目、300目和400目不锈钢网进行表面修饰改性,制备出具有超疏水、自清洁性能的氟化石墨改性钢网。接触角测试结果表明,经过氟化石墨改性后的不锈钢网疏水性得到很大提高,具有超疏水性能。正己烷-水、二氯甲烷-水、正癸烷-水、间二甲苯-水及柴油-水的油水混合物可在自身重力下迅速通过氟化石墨改性钢网实现分离,水被截留在钢网上面,油透过改性钢网。经过100次分离循环实验后,氟化石墨改性钢网的渗透通量和分离效率无明显变化。经过100次磨损循环实验后,氟化石墨改性钢网表面的静态水接触角下降百分率仅为6.4%,基本维持稳定。
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