论文部分内容阅读
石油开采、石油运输泄漏、工业生产和生活污水等造成的含油污水对生态环境和人类健康构成了很大的威胁。而含油污水中油滴粒径小于20μm的油水乳液较难分离。目前,撇油法、浮选法、吸附法、絮凝法、膜分离法等技术常被用来处理这类含油污水。其中膜分离法因具有能耗低、操作简单、环保、分离效率高等优势而广泛应用于油水乳液分离。聚偏氟乙烯(PVDF)是当前一种较好的油水乳液分离膜材料,因为它具备优异的化学稳定性、较高的机械强度和良好的韧性。然而PVDF膜材料富含疏水性C-H基团,在油水乳液分离中会产生严重的膜污染。而且在实际环境下的油水乳液分离应用中,常常面临如水中含有水溶性染料、水体环境为酸碱性等复杂问题。常用的膜污染处理法主要有液压法和化学清洗法,但是这两种方法分别存在清洗不完全和易破坏膜材料组分的缺陷。研究表明,超亲水/水下超疏油膜材料具有良好的抗污性能。所以,提高PVDF膜材料的亲水性、抗污性、协同分离性、自清洁性、抗腐蚀性具有重要研究意义。本论文结合聚多巴胺仿生粘附技术、相转化法、水热原位生长法、溶胶-凝胶法、共混法、表面修饰法等方法,以PVDF为基底材料,通过不同的制备方法成功制备了具有不同功能的超亲水/水下超疏油PVDF基复合膜。本论文的具体研究内容如下:(1)抗污PVDF/GO@PDA@HNTs复合膜的制备及油水乳液分离性能研究将氧化石墨烯(GO)与聚偏氟乙烯(PVDF)共混制得PVDF/GO基膜,利用聚多巴胺(PDA)仿生粘附性,将一维中空多孔结构的埃洛石(HNTs)牢固地铆合到PVDF/GO膜表面,合成了超亲水性/水下超疏油的PVDF/GO@PDA@HNTs复合膜,用于油水乳液分离。实验结果表明,在重力驱动下,该复合膜的通量高达550 L m-2h-1,分离效率高达99.5%,通量恢复比达到87%,说明该复合膜具有优异的抗污性能,能高效分离油水乳液。(2)紫外诱导自清洁PVDF@PDA@ZnO复合膜的制备及油水乳液分离性能研究利用聚多巴胺(PDA)对PVDF基膜进行亲水性改性后,在PVDF@PDA膜表面涂覆一层氧化锌(ZnO)种子,然后利用水热原位生长法,在PVDF@PDA膜上生长了具有光催化活性的ZnO纳米粒子,成功合成紫外诱导自清洁PVDF@PDA@ZnO复合膜。所制备的复合膜具有优异的超亲水/水下超疏油性、抗污性、稳定性和自清洁性。从不同油水乳液分离实验看出,在重力驱动下,该复合膜的通量高达654 L m-22 h-1,分离效率高达99.1%。且在经过长期的分离/紫外照射循环试验后,分离效率达到99.27%。(3)可见光诱导自清洁CS@NiFe2O4@PVDF复合膜的制备及油水乳液分离性能研究通过水热法和二次煅烧法制备出亲水的光催化剂NiFe2O4纳米粒子,将该纳米粒子溶于乙醇和水的混合溶液并用作相转化过程的凝固浴,通过延迟相转化法将NiFe2O4负载在PVDF膜表面,再通过溶胶-凝胶法在NiFe2O4@PVDF膜表面交联壳聚糖(CS),成功制备了可见光诱导自清洁CS@NiFe2O4@PVDF复合膜。从不同油水乳液分离性能测试表明,该复合膜分离效率能高达99.01%以上,即使在恶劣条件下,分离效率也高达98.99%。并且在经过分离/可见光照射实验后,该复合膜仍然能保持99.19%的分离效率,表明了该复合膜优异的自清洁性和再生性。(4)多功能KGM/PDA/PVDF复合膜的制备油水乳液和染料分离性能研究将亲水性好、生物相容性优异以及能与各类水溶性污染物有效地结合的聚合物葡甘露聚糖(KGM)与PDA、PVDF粉末共混,成功合成出抗腐蚀、多功能的KGM/PDA/PVDF复合膜,用于油水乳液和染料分离。各种性能测试结果表明,该复合膜的分离效率达到了99.01%以上,即使在强酸、强碱、高盐环境下的油水乳液,其分离效率也能高达98.99%。同时,在较长周期的循环实验后,其分离效率仍然能保持在99.09%以上。另外,在不同环境下该复合膜的染料去除率也能在91%以上。这些结果表明该复合膜具有优异的抗腐蚀性、再生性和协同分离性能。