Cu基超疏水材料的制备及其油水分离性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:heirenmading
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含油废水、油泄漏等造成了严重的水体污染,如何实现高效快速的油水分离成为当前研究的热点。传统的油水分离方法存在分离成本高、分离效率低等问题,基于自然中生物体表面特殊浸润性形成机制制备的超疏水/超亲油材料在油水分离中表现出高效、环保等优点,具有巨大的应用前景。金属基材料由于其具有较好的刚度及强度,常作为基体用于构建超疏水材料。但金属基材料的表面能较高,需要采用低表面能物质进行修饰,其中常用的一类修饰剂为饱和脂肪酸。当前研究中对饱和脂肪酸与金属基材料之间作用机制的探究较少。本文以Ni网为基体,通过电沉积Cu及月桂酸酒精溶液改性处理在Ni网表面制备出花瓣状Cu基微结构,并对其表面浸润性及油水分离性能进行研究。Cu@Ni网置于月桂酸酒精溶液中改性后表面生长出的花瓣状结构为Cu镀层与月桂酸酒精溶液相互作用生成的Cu[CH3-(CH2)10-COO]2。通过该反应,可将月桂酸表面的疏水非极性烷基基团成功接枝到LA-Cu@Ni网表面。通过调控月桂酸酒精溶液改性过程中的月桂酸浓度、改性时间、改性温度,确定了LA-Cu@Ni网表面花瓣状Cu[CH3-(CH2)10-COO]2为Cu镀层预先氧化为Cu2+,随后与月桂酸作用,最终通过局部过饱和沉积生成。同时确定了在25℃下采用0.1M月桂酸酒精溶液改性16h能够获得最为均匀稳固的花瓣状结构。通过调节电沉积Cu时间控制Cu@Ni网表面Cu镀层厚度,结合Ni网目数对LA-Cu@Ni网表面Cu基微结构进行调控,对不同处理条件下材料表面浸润性进行表征。对300-LA-5Cu@Ni网,水在其表面SCA达到154.6°,SA为2.85°,经计算此时300-LA-5Cu@Cu网表面能为6.04m N/m。稳定性结果表明,300-LA-5Cu@Ni网表面花瓣状微结构在磨损过程中发生倒伏并填充在网孔中,在凸起的Ni网基体保护下具有一定耐磨损性,磨损7次后,水滴在其表面的SCA为147.8°。同时在p H=3~11环境下,300LA-5Cu@Ni网能够长时间保持超疏水特性。对不同目数的超疏水LA-5Cu@Ni网进行油水分离性能评估。采用正己烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、煤油与水的油水混合物进行分离测试,分离效率均达到92%以上,其中最大分离效率为96.8%。滤网的目数对不同油水混合物的分离效率影响不大。而在分离通量上,目数越小,存在较大的孔隙率,表现出更好的分离通量,最大通量达17316L/m~2·h。连续分离20次后,不同目数的LA-5Cu@Ni网分离效率始终保持在90%以上,且经无水乙醇清洗后的LA-5Cu@Ni网仍保持超疏水特性,表现出较好的服役稳定性。此外,对300-LA-5Cu@Ni网进行预压处理,并与亲水滤纸结合构建具有梯度表面能的复合滤网,在梯度表面能作用下,能够促进油包水乳化液的分离,分离后的油相中水滴平均粒径从原始的487.66nm降低至40.87nm,分离所得油相浓度达到99.90wt.%。
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