超疏水铜网的制备及其油水分离性能的研究

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油水分离对含油污水或溢油事故的处理至关重要。含油污水不仅会造成严重的水污染,还会威胁到人类的健康和生态系统中的所有生物。为了应对这一挑战,基于仿生学原理,已经应用了不同的制造方法来赋予多孔材料特殊的润湿性能,这为油水分离提供了有效的解决方案。虽然常规的含油污水处理技术,如原位燃烧,离心分离,过滤和中和等,可以有效的解决污染问题,但它们通常存在分离效率低,步骤复杂耗时长,成本高甚至引起二次污染,无法实现大面积工业化生产等缺点。更严重的是,不完全分离往往导致油残留在水中或油中残留水,这对生物仍然存在着潜在风险。因此,本文旨在合理的材料设计基础上制备出用于油水分离的高效、快速、选择性强以及重复使用性能好的超疏水铜网。本文以黄铜网为基底,采用刻蚀法和水热法两种方法对铜网进行处理,分别在铜网表面构筑了凹凸不平的氧化铜和六棱柱状氧化锌结构,经低表面能物质修饰后,成功制备出具有高效油水分离能力的超疏水铜网。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对制备的超疏水铜网的表面结构、成分及形貌进行研究,并对其影响润湿性因素、重复使用性能及油水分离能力进行了研究。主要研究工作和结果如下:1、通过对Fe Cl3溶液浓度、刻蚀反应时间、铜网目数等参数的控制,铜网经Fe Cl3溶液刻蚀并高温煅烧,经硬脂酸乙醇溶液对其进行改性,制备出超疏水超亲油铜网。实验数据表明,该方法制备的超疏水铜网与水的接触角可达152o,油滴可在10 ms内渗透铜网,并且对不同种类的油水混合物都有较高的油水分离能力,分离效率都超过85%,且能够重复使用30次以上。利用红外测油仪对分离后的油水混合物中的油含量进行测试,测得水中含油量为55.38 mg/L。此外,经Na Cl溶液以及p H=5,p H=9溶液浸泡20天后,油水分离效率仍在80%以上,具有较好的耐腐蚀性能。2、实验采用水热法,在黄铜网表面生长一层纳米氧化锌,经十六烷基三甲氧基硅烷修饰后,制备出超疏水超亲油铜网。研究结果表明,该方法制备的超疏水铜网与水的接触角可达152o,煤油滴可在20 ms内在完全浸润铜网,对煤油、石油醚、正己烷等不同油水混合物都能够有效分离,且重复分离100次,分离效率仍高达90%,分离后测得水中含油量为33.23 mg/L,实现了含油污水的初步净化。
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