仿生制备特殊润湿性材料及其在油水分离中的应用.pdfVIP

摘要 随着石油业、制造业等工业化的不断发展，我们的水资源和生态环境受到了海洋溢 油事件以及含油污水排放等问题的严重影响。而仿生制备的特殊浸润性材料因其特殊的 润湿性能，在处理这类污染问题中起着至关重要的作用。本论文主要通过在材料表面仿 生构筑微观纳米结构以及改性人造海绵，制备过滤型和吸附型两种类型的超疏水/超亲 油材料用于油水分离。研究中制备了绿色无毒、耐久、高弹、化学性质稳定的油水分离 材料，并设计了一种可用于原位连续吸附的油水分离装置。本论文主要研究内容如下： （1）以聚二甲基硅氧烷（PDMS ）为胶粘剂，将棕榈酸镁（Mg-P ）疏水粉末粘附在 玻璃、纺织布、不锈钢网以及瓦楞纸表面构筑出粗糙的微-纳米结构，实现了材料的表面 改性。材料表面表现出优异的疏水性、自清洁性和耐久性。在实际的油水分离中，经过 10 次分离循环后，超疏水不锈钢网的水接触角仍可大于 150°，油的收集效率也可保持 在 91% 以上。 （2 ）利用水热法成功制备一种三维，且具有弹性和超亲水性能的Ag-PVAs 复合海 绵，随后使用碳化法将其改性得到超疏水碳海绵。当增加煅烧温度后，海绵中纤维的平 均直径从 1.25 μm 降低至 500 nm 左右。同时，当煅烧温度分别为 500℃、600℃、700℃ 时，得到的碳海绵水接触角分别可达到 153°、158°和 164°，且滚动角都小于 10°，表现 出超疏水性能。对比后选用 500℃条件下的碳海绵用于后续的油水分离实验，发现该海 绵的吸附量可达到自身重量的 58 倍，并且表现出良好的可循环使用能力。 （3 ）基于Ag-PVAs 复合海绵，设计使用具有低表面能的 PDMS 作为改性剂，用于 降低 Ag-PVAs 复合海绵表面能，同时提高其机械性能。经过 PDMS 改性后，复合海绵 水接触角可达到 156°，表现出优异的超疏水性。更重要的是，由于 PDMS 的作用，f- PDMS 海绵在 80%应变下最大应力可达到 Ag-PVAs 海绵的 14 倍以上。同时，当应变为 70% ，经过50 次应力-应变循环后，f-PDMS 海绵的最大压应力仍可保持为原来的 87.3%， 并且，基于该海绵优异的应力-应变性能设计了一套真空辅助抽滤装置，实现了油的原位 连续吸附。 关键词：特殊润湿性；微-纳米结构；低表面能；复合海绵；油水分离 I Abstract With the development of the industrialization of the petroleum industry and manufacturing industry, the occurrence of marine oil spills and the discharge of oily sewage have seriously affected our water resources and ecological environment. However, bionic preparation of superwettability materials play a vital role in the treatment of oil and water pollution, due to their special wetting properties. The filtration-based and absorption-based superhydrophobic/superoleophilic materials were prepared for oil/water separation in this work, which include bionic construction of micro-nano structures and hydrophobically modified artificial sponge on the surface of the materi