导　　师： 李光吉

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 原油在开采以及运输过程中的泄漏、工业含油废水和生活中的含油污水的排放必然会给周边的生态环境带来严重的不良影响,甚至会危及到人们的健康和生命安全。为了消除或降低油品泄漏和含油废水带来的负面效应,人们一直致力于研究一种低成本、低能耗、可大规模制备的具有高效的油水分离能力和效率的油水分离材料和技术。受自然界中具有特殊润湿性的生物表面的启迪,研究者们已研制出了许多具有特殊润湿性的油水分离材料。这些油水分离材料大多以二维的金属网/膜/织物或三维多孔的海绵/泡沫为基材,通过在其表面构建多尺度微纳复合结构,并进行表面化学修饰而制得。然而,以二维金属网/膜/织物为基材制备的油水分离材料在机械强度、油水分离能力和润湿稳定性等方面存在缺陷,而三维多孔海绵/泡沫基油水分离材料普遍存在机械强度低、热稳定性差、易收缩变形、耐久性差等缺点,这些问题极大的限制了油水分离材料的实际应用。本工作针对目前的油水分离材料存在的问题,选择质轻、机械强度高、热稳定性好、收缩率低、耐久性好的三维多孔泡沫铜为基材,充分利用其骨架结构和相关特性,在其表面构建多尺度微纳复合结构并用不同的化学物质进行表面修饰,制备出一系列以泡沫铜为基材的具有特殊润湿性表面的油水分离材料。利用现代分析技术对其进行测试表征,研究了不同改性处理后的泡沫铜表面的微观形貌、化学组成和润湿性;通过自行设计的油水分离装置和分离实验,评估了不同改性处理后的泡沫铜的油水分离能力。研究结果对具有特殊润湿性表面的耐久型油水分离材料的设计和制备奠定了理论和实践基础。研究的主要内容和相应的研究结果如下所述:(1)以泡沫铜(CF)为基材,通过置换反应在其表面原位沉积银纳米粒子构建多尺度微纳复合结构,使用兼具有机和无机特性的有机聚硅氮烷(OPSZ)在泡沫铜表面构建疏水涂层,制备出基于有机聚硅氮烷涂层的高疏水泡沫铜(CF-Ag-OPSZ)。结果表明,制得的CF-Ag-OPSZ有稳定的高疏水/超亲油性,其表面的水接触角为147°;CF-AgOPSZ对油水混合物的分离效率在95.6%以上,特别的,它对十六烷/水混合物多次重复分离后分离效率仍保持在98%左右;CF-Ag-OPSZ有良好的机械耐久性,10个磨损循环后其表面的水接触角仍保持在140°左右。(2)以OPSZ为锚分子,通过硅氢加成反应制备出基于甲基丙烯酸十二氟庚酯修饰的改性有机聚硅氮烷(OPSZ@DFMA),通过简单的浸涂技术将其涂覆在有多尺度微纳复合结构的泡沫铜表面构建疏水涂层,制备出基于含氟化合物修饰的有机聚硅氮烷涂层的超疏水泡沫铜(CF-Ag-OPSZ@DFMA)。结果表明,制备的OPSZ@DFMA兼具OPSZ对多种基材的锚固特性和含氟物质DFMA的低表面能特性,室温固化后的OPSZ@DFMA涂层有较高的热稳定性、粘附力和硬度;以OPSZ@DFMA为涂层制得的CF-Ag-OPSZ@DFMA具有超疏水/超亲油性,其表面的水接触角可达到150.5°;CF-AgOPSZ@DFMA具有较高的油水分离效率和分离能力,对于一系列油水混合物的分离效率均高于96.2%,特别的,CF-Ag-OPSZ@DFMA对十六烷/水混合物的分离效率高达98.6%;CF-Ag-OPSZ@DFMA有良好的机械耐久性,10个磨损循环后其表面的水接触角仍保持在141°左右;此外,CF-Ag-OPSZ@DFMA有优异的耐化学稳定性,在强酸、强碱和盐溶液中浸泡24小时后,其表面水接触角仍保持在150°左右。(3)以多巴胺为锚分子,在CF表面构建稳定的聚多巴胺(PDA)涂层,然后利用PDA对基材的强粘附能力和还原特性,在其表面原位沉积银纳米粒子构建稳定的多尺度微纳复合结构;然后,将末端分别为甲基和羧基的长链烷基硫醇(NDM和MUA)通过自组装接到改性泡沫铜表面,制备出基于贻贝启发的pH响应型泡沫铜(CF-PDA-AgSH)。结果表明,制得的CF-PDA-Ag-SH有良好的pH响应性,在酸性和中性条件下保持稳定的高疏水性,其表面的水接触角在140°左右;在碱性条件下超亲水,表面的水接触角为0°;CF-PDA-Ag-SH可用于油水混合物的双向分离,对油水混合物有较高的分离效率和分离能力,特别的,CF-PDA-Ag-SH对1,2-二氯乙烷/水混合物的分离效率达到98.2%,其对辛烷/水混合物保持98%左右的分离效率和稳定的润湿性;此外,CF-PDAAg-SH有优异的机械耐久性,10个磨损循环后其表面的水接触角仍保持在130°左右。更多还原

关 键 词： 泡沫铜 锚分子 有机聚硅氮烷 [1134593]油水分离 聚多巴胺

分 类 号： [TB34]

领　　域： []