油水分离用极端润湿性镀镍碳纤维网的制备和性能研究

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油水混合物的高纯度分离技术是工程技术领域的热点问题之一。大到海洋石油泄露、原油污染,小到家庭、工厂用油所造成的油水混合物,不仅会破坏水质、污染土壤、影响环境,而且易造成巨额经济损失,甚至危害人类健康。因此,实现高纯度的油水分离具有重要的实际意义。针对上述问题,本文旨在于提供一种油水分离用极端润湿性镀镍碳纤维的制备方法,该方法安全可靠,且所得镀镍碳纤维具有耐用型好、适用性强的优点,可用于实现高纯度及复杂环境下的油水分离。主要内容如下:(1)通过电镀法制备出超亲水-水下超疏油镀镍碳纤维和超疏水-超亲油镀镍碳纤维。对两种镀镍碳纤维的润湿性进行了表征,水滴在超亲水镀镍碳纤维上能迅速润湿,水下不同油的接触角大于153°,滚动角小于15°;水滴在超疏水镀镍碳纤维表面接触角为159°,滚动角为12.6°,五种油在其表面完全铺展并润湿所需时间均小于5 s;研究了不同电镀参数与润湿性的关系,在较佳电镀参数电流密度5.6 mA·cm-2、电镀时间30 min的条件下,镀镍碳纤维的润湿性较好,且表面质量较好;对镀镍碳纤维的成分和性能进行了测试和分析,两种网都具有良好的抗氧化性、耐磨损性以及极端环境下的稳定性。(2)分析了制备的超亲水镀镍碳纤维网分离油水混合物的性能。对超亲水镀镍碳纤维网用于分离不同轻重油/水混合物时的效率及通量进行了测试,对五种不同油(正己烷、十六烷、柴油、润滑油和二氯甲烷)的分离效率均在95%以上,水通量均在60000 L·m-2·h-1以上;对其分离后水和油的纯度进行了定量化计算,分离后的油中不含水,水中含油量在120 ppm以下;对正己烷/水混合物的循环分离次数在40以上;探究其在各种极端环境下的使用能力,在强酸、强碱、高浓度盐和高温等极端环境下保持着较好的分离性能。(3)制备的超疏水-超亲油镀镍碳纤维网用于分离五种不同油水混合物时,分离效率均在99%以上,除润滑油外,其它油的通量均在1.5×104 L·m-2·h-1以上,分离得到的油中不含水,水中含油量均在80 ppm以下。该超疏水-超亲油镀镍碳纤维网至少可分离100次重油二氯甲烷/水的混合物,且分离效率均在98%以上。所得超疏水镀镍碳纤维网在高温、强酸、强碱和高浓度盐等极端环境下分离二氯甲烷/水混合物时亦有较高的分离效率。
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