废水处理用超浸润铜网的仿生构筑与应用研究

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含油废水的处理是工业生产和生活中亟待解决的难题。目前,针对此类废水,工业上常用到的处理方法有:物理处理法,化学处理法,生物处理法和联合处理法等;其中以多种处理方法联合处理最为常见,并能达到预期处理效果。隔油池作为生活中常用到的油水分离设备,具有非常好的分离效率。本文主要通过设计具有特殊浸润性的铜网,使油类废水的油水分离效率达到较高,并且分离器件受污染程度小及耐久性良好的效果。本文从处理不同类型含油废水的角度出发,通过师法自然,分别制备得到了超亲水铜网和超疏水铜网,并从宏观和微观等方面,多角度考察了其综合性能。通过氨碱腐蚀法,硝酸银置换法,巯基乙醇处理法,制备得到三种不同的超亲水铜网;通过扫描电子显微镜观察,静态接触角测量,正己烷-水混合溶液分离实验,对三种不同铜网的表面形貌,空气中与水接触角大小,多次油水分离后分离效率的变化进行了探究。经实验研究发现,巯基乙醇处理得到的铜网表面具有明显的微米-纳米复合结构,空气中与水接触角仅为11.3°,具有明显的超亲水效果,相较另两种方法所制备的超亲水铜网,其多次油水分离之后的稳定性更好,可用于烷烃类(轻)油水混合溶液的分离。通过三氟乙酸酐与巯基乙醇发生酯化反应,合成三氟乙酸巯基乙酯。铜网预处理后,浸泡在三氟乙酸巯基乙酯溶液中10 h,得到具有超疏水性能的铜网。对铜网表面形貌进行电镜扫描,发现其表面存在微米-纳米结构;低表面能物质暴露在铜网最外层,降低了铜网的表面能,使水在其表面的接触角达到152.8°;考察反应时间、溶液配比等各因素对铜网制备的影响,得出结论为反应时间10 h,三氟乙酸酐与巯基乙醇配比为3:1时,铜网的超疏水性能最好。通过油水分离实验,计算得出其分离效率达到98.5%;并且所制备铜网表面呈高黏附性能,可用于液滴的选择性转移。此外,通过多巴胺修饰,电沉积铜,一定温度下与氨基偶氮苯复合,得到具有超疏水性能的低黏附表面;对所制表面进行电镜扫描,观察表面形貌;进行油水分离实验,发现其铜网具有较高的分离效率,可用于卤代烃类(重)油水混合溶液的分离。本研究在现有制备技术及理论支持下,通过不同的方法制备了超亲水铜网与超疏水铜网,从油水分离效率,表面微观结构等方面对所制备铜网的性能进行了探究。研究发现巯基乙醇处理后得到的超亲水铜网具有较高的油水分离效率,性能稳定;三氟乙酸巯基乙酯处理后的铜网具有很高的油水分离效率,且具有高黏附性能,可用作液滴的选择性转移;与之截然不同的是经氨基偶氮苯复合得到的铜网,除可进行油水分离外,具有低黏附性能,可利用其低滚动角,实现表面自清洁。实验得到的铜网,可以对不同类别的油水混合溶液进行分离,为超亲水、超疏水、响应性表面提供了思路。
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