三元乙丙超细纤维毡的制备及其处理油类污染物的机理研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 12次 | 上传用户:ab869
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
世界每年约有500×104-1000×104 t油类通过各种途径流入海洋、进入各种水体,油污染仅次于无机氮、无机磷,排在第三位,是造成水环境污染和生态危害的主要因素之一。吸油材料因经济实用、便于推广、迅速有效而获得广泛使用。将纤维材料的吸附特性与高吸油树脂吸油量大的特点结合起来,开发新型吸油材料是一个较好的研究方向。论文在分析吸油树脂的结构特征、吸油机理和制备方法的基础上,选择三元乙丙聚合物(ethylen propylene diene mischpolymere,EPDM)作为大分子单体,通过调整改变交联结构、孔洞结构以及表面形态特征,采用新型静电纺丝技术结合紫外辐射交联技术制备出具有物理化学交联结构的亚微米级EPDM纤维毡。EPDM超细纤维毡应用于油类(疏水性有机物)污染物的去除过程,解决了在相同的比表面积下,粒状吸油树脂粒径过小,吸油后易溶成油泥,不易回收的难题;同时,也避免了粒状吸油树脂与纤维直接复合,因胶黏剂存在而造成整个材料表面积的损失。而且由纤维毡非织布结构的完整性,可根据需要加工制成各种形态的制品,大大拓宽应用领域。本论文主要研究EPDM超细纤维毡的制备工艺、纤维结构与性能关系,探讨吸油吸油机理,以及分析纤维毡吸油后再生特性等。论文主要工作如下:研究静电纺丝理论。运用标度率分析方法,建立纤维直径与纺丝液浓度、电压、流量等主要参数之间的标度率关系式,并进行了实验验证。结果表明:EPDM纤维毡制备过程中,纺丝液优选的浓度范围为3%~9%,通过拟合计算发现,静电纺EPDM纤维直径和纺丝液浓度之间符合标度率关系:d∝C1.91。适合的静电纺的EPDM溶液粘度范围为800cp~4000cp,纤维直径与溶液的粘度符合标度率关系:d∝η0.81。静电纺丝所用的EPDM溶液的浓度(2%~12%)和粘度(461cp~6955cp)之间符合标度率关系:η∝C2.37。电纺EPDM纤维直径和电压之间接近线性关系:d∝V。当流量由0.5mL/h增大到3mL/h,纤维直径相应的由370nm增大到900nm,纤维直径和流量之间符合标度率关系:d∝Q1/2。利用上述关系式可以确定静电纺丝的生产工艺,并能预测纳米纤维的直径,为静电纺丝的工业化生产提供理论依据,具有一定的实际意义。采用正交实验设计方法,得到最佳制备工艺条件:溶液浓度为10 wt%,纺丝电压为20 kV,纺丝流量为1mL/h,辐照时间96 h。所制得的纤维毡邵A硬度59,100%定伸应力1.8MPa,300%定伸应力6.5MPa,拉伸强度17.8MPa,断裂伸长率452%,永久变形47%,撕裂强度33.1 kN/m。对应地,吸油毡对三氯甲烷、环己烷、甲苯、煤油四种油品吸油率都达到最大,分别是:36.62g/g,26.8g/g,23.13g/g,22.15g/g。由于吸油毡在短时间内达到吸油平衡,因此吸油过程更符合动力学一级方程式。对于四种不同类型的油品,吸油速率K(min1)大小依次为:三氯甲烷(0.069)>环己烷(0.063)>甲苯(0.053)>煤油(0.044)。EPDM纤维毡的吸油速率大于溶液聚合法制备的块状树脂,也比悬浮聚合法制备的颗粒状吸油树脂优越,这是因为亚微米级纤维组成的毡状吸附材料拥有巨大的比表面积的缘故,达到了本论文最初的设想,具有一定的原创性。原子力显微镜和扫描电镜显示,吸油毡表面粗糙,坑洼,具有大量空穴结构,比表面积大,这是良好吸收性能的关键。接触角浸润实验表明EPDM静电纺纤维毡的比表面积大,表面粗糙程度远大于流延膜。且具有良好的拒水亲油性能。对三元乙丙纤维毡红外分析和动态力学分析表明,紫外辐射交联有助与三元乙丙侧链中的不饱和双键打开,形成自交联三维网状结构。辐射后的三元乙丙纤维毡储能模量G′和损耗模量G″基本处于平行状态,证实了吸油毡内部物理化学交联的结构。这是一种既有一定钢架、又易于伸展的松散三维分子网结构,提高了吸油毡自身的力学性能,解决了其吸油后瘫软成泥状的问题。吸油毡静态吸附热力学研究。研究表明,在283~313K温度范围内,吸油毡对环己烷的吸附平衡数据更符合Langmuir-1等温线方程,在Freundlich模型的拟合结果中,所有方程的指数n>1,是优惠吸附,吸附是容易进行的。焓△H<O,表明吸附过程是放热的,且吸附焓值在40kJ/mol~50kJ/mol之间,可以认为发生了一种以物理吸附为主的、兼有弱的化学吸附过程。而且较低的△H值可以表明,该纤维毡容易脱附再生。自由能(△G)为负值,说明吸油过程为自发的不可逆过程。同时随着温度的升高,自由能的绝对值减小,说明温度的升高不利于吸油。熵(△S)为负值,说明体系的混乱度变小。同时随着温度的升高,熵的绝对值减小,说明温度的升高,不利于吸油。应用吸油毡处理环境激素苯乙烯模拟废水。首先,实验结果表明,制备的吸油毡对苯乙烯吸附能力较强,且具有较好的油水选择性。吸附效率随吸附时间和苯乙烯浓度的增大而升高,随进水流速的变大是先增大后减小。其次,简单的一级动力学方程能很好地描述苯乙烯的吸附过程,相关系数R2为0.998。最后,采用乙醇置换再生吸油毡,实验表明,乙醇置换法是一种方便、快捷、较为有效的再生吸油毡的方法,油品回收率达75%左右。论文研究表明,静电纺丝制备的EPDM纤维毡可以用于处理环境突发事件中疏水性有机物,由于其密度小于水,特别适用于浮油的处理。
其他文献
本文通过比较单一被试实验法与大样本实验法、标准化测验法的应用范围、样本采择以及统计比较法之间的异同,分析单一被试实验法的独特价值和局限性,并且针对如何将单一被试实
<正>核心阅读:公信力是股市之本,也是媒体的生存之本。作为证券资本市场信息的主要供给者、传播者,媒体的传播失灵会导致市场信息透明度的降低,增加市场中的信息不对称。因此
本文分析了光船租赁权登记对抗主义的法理基础 ,并澄清了司法实践中对《中华人民共和国船舶登记条例》第 6条理解的误区。
微量元素硒不仅是人和动物必需的营养元素,也是植物生长发育不可缺少的元素。硒酸盐在水体中溶解度高于其他环境介质,导致水生生物对无机硒(硒酸盐)有更高的利用率。藻类能吸
企业对环境规制心存疑虑,担心规制增加企业成本,为此本文从战略管理层面探讨如何调动企业处理环境问题的积极性。通过对我国上市公司CEO的调研,发现管制利益相关者和次要利益
针对人工选取简单特征提取道路效果不理想以及深度神经网络隐藏层信息应用较少的现状,提出一种基于全卷积神经网络的遥感影像道路提取方法。采用初始区域获取、中心线提取、
随着激光和红外技术的发展,热释电材料及其应用的研究不断深入,已用作热释电探测器和热摄像管等器件,在工业生产、国防科技以及日常生活中都有广泛的用途。陶瓷聚合物复合材
民营企业实际控制人及高管的人大代表、政协委员等政治身份,对企业的经营活动和税收可能产生重要影响。本文以在沪、深交易所上市的民营企业为样本,实证检验了政治关联对企业
《简·爱》与《白衣女人》分别是英国作家夏洛蒂.勃朗特与威尔基.柯林斯的作品。这两部小说各塑造了两位女性形象,《简·爱》里的简爱与疯女人伯莎以及《白衣女人》中的劳娜
通过对四物汤传统功效、有效成分和现代药理的文献分析,并利用Cytoscape进行复杂网络分析,本文系统地观察了四物汤有效成分对"营血虚滞证"疾病网络的干预,发现其达到协同抗血