原位热亲-疏复合润湿性网膜的油水分离性能和机制研究.pdfVIP

原位热亲-疏复合润湿性网膜的油水分离性能和机制研究.pdf

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摘要

随着工业的发展,每年都有体量巨大的含油废水产生,严重威胁生态环境健

康可持续发展。更严重的是,由于工业含油废水常含有大量的表面活性剂,这些

表面活性剂吸附在油滴表面形成稳定的界面膜,导致含油废水乳化程度高,处理

难度极大。近十几年,对水和油具有相反润湿性的超浸润材料被大量报道,是最

受关注的油水处理技术之一。在超浸润材料的基础上,近年来报道了多种具有破

乳和防污作用的油水分离材料和技术如表面荷电超浸润材料、复合润湿性材料等,

为超浸润油水分离材料的发展指明了方向。本文以超浸润材料为基础,从破坏乳

化油滴界面膜稳定性的角度出发,在润湿梯度的基础上引入原位焦耳热来强化破

乳驱动力,实现了乳化水包油的高效分离并提高了材料防污性能,揭示了原位焦

耳热和润湿梯度的破乳和防污机制,从而建立了强化破乳和防污的新方法。本文

的主要工作具体如下:

(1)通过在不锈钢网表面先后刷涂电热涂层、绝缘涂层、超亲水涂层和喷

涂疏水/亲油二氧化硅微粒,制备了具有原位热效应的超亲水/水下超疏油网膜和

超亲水/水下超疏油-疏水/亲油网膜。超亲水/水下超疏油网膜的水下油滴接触角

可达到160.5°±1.4°,滚动角为3.8°,超亲水/水下超疏油-疏水/亲油网膜的水下油

滴接触角在150.4°~153.9°之间,滚动角约为6.9°,且水滴数秒内可在这两种网膜

表面完全铺展。这两种网膜都具有良好的热响应性和热稳定性,在2.0V电压作

用下,空气环境中网膜表面的温度在10s内都可达到300℃左右;在乳化水包

油环境中,100s后,表面温度都可达到80℃左右,并能长时间维持稳定。利用

制备的网膜在多种条件下分离了多种乳化水包油,发现在原位热与润湿梯度耦合

作用下的分离效果最佳,分离效率最高达到了99.67±0.001%,分离通量为

-2-1

557.33±3.51L·m·h,并且实现了高粘度乳化水包原油的分离。

(2)利用水下显微镜观察乳化煤油液滴在润湿梯度和原位热作用下的运动

过程,发现原位热与润湿梯度的耦合作用可以促进乳化油滴在最短的时间内完成

破乳和聚并,乳化油滴粒径迅速从5-10μm增长至50μm。而仅在原位热或者润

湿梯度作用下,乳化油滴破乳时间较长或难以发生破乳和聚并。在连续分离实验

中,原位热与润湿梯度的耦合作用使乳化水包油的连续分离效率达到了

98.73±0.01%,分离过程可持续60分钟。而且在分离过程中由于原位热耦合润湿

梯度的防污作用使得聚并的油滴不断上浮,在染色乳液表面积聚了厚厚的油层。

通过实验结果和理论分析结合,本文提出了原位热耦合润湿梯度分离乳化水包油

的破乳防污机理模型,为乳化水包油的分离研究提供了新的思路和新的方法。

关键词:亲-疏复合润湿性表面;原位热效应;油水分离;破乳机制;防污机制

ABSTRACT

Withthedevelopmentofindustry,ahugevolumeofoilywastewaterisgenerated

everyyear,whichseriouslythreatensthehealthyandsustainabledevelopmentofthe

ecologicalenvironment.Duetoindustrialoilywastewaterusuallycontainsalarge

numberofsurfactants,thesesurfactantsadsorbedonthesurfaceoftheoildropletsto

formastableinterfacialmembrane,whichresultinahighdegreeofemulsificationof

oilywastewater,makingitextremelydifficulttotreat.Overthepastdecade,

superwettingmaterialswithoppositewettabilitytowaterandoilhavebeenwidely

rep

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