超浸润多级结构纳米纤维膜设计及油水分离研究

发布时间：2024-01-14 13:05

　　家庭生活和工业生产中油水混合物的大量排放引发了巨大的经济损失和资源浪费,严重危害生态平衡和环境安全。传统的油水分离策略由于在分离过程中具有分离效率低,运行成本高及容易造成二次污染的缺点,正在逐渐被新兴的膜分离技术所取代。正是由于缺乏高渗透性、高耐污染性的油水分离膜材料,阻碍膜分离技术在世界范围内的应用。现阶段,对于膜表面润湿性的研究多是集中在表面涂层及表面接枝改性,这种在基膜表面的改性策略不但程序繁琐,并且在分离过程的主要阶段会损害膜系统的分离能力。因此,开发一种环保、经济、高效的油水分离膜以有效处理表面活性剂稳定的乳液是一个亟需解决的全球性问题。针对水包油型乳液,研究团队用静电纺丝技术构筑非对称超亲水多层次聚丙烯腈纳米纤维膜实现水包油乳液超快分离。通过在聚丙烯腈纤维中引入新型亲水交联网络,增强膜表面亲水性及与水分子结合形成水合层的能力。同时交联网络的引入能够实现纳米纤维膜孔径的精细调节,并通过不对称结构纳米纤维的设计以减少油水分离过程中的传质阻力,提高产水率。研究表明,引入亲水交联网络的非对称纳米纤维膜有效孔径约为2μm,孔隙率高达91%,水滴可在0.3s内迅速通过,水下油接触角高达...

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 浸润性的基本概念
        1.2.1 接触角概念和浸润性分类
        1.2.2 接触角滞后现象和滚动角
    1.3 超浸润表面的理论模型
        1.3.1 绝对光滑表面Young’s模型
        1.3.2 粗糙表面Wenzel模型和Cassie–Baxter模型
    1.4 超浸润油水分离膜的制备及研究现状
        1.4.1 超亲水表面制备及油水分离研究现状
        1.4.2 超疏水表面制备及油水分离研究现状
        1.4.3 Janus膜构造及油水分离研究现状
    1.5 本论文的主要研究内容
第2章 实验内容及实验方法
    2.1 实验原料及所用仪器设备
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 主要仪器设备
    2.2 实验方法
        2.2.1 超亲水多级结构纳米纤维膜制备
        2.2.2 超疏水多级结构纳米纤维膜制备
    2.3 分析表征方法
        2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)测试
        2.3.2 能量散射X射线能谱(EDX)测试
        2.3.3 润湿性测试
        2.3.4 傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试
        2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)测试
        2.3.6 差示扫描量热仪(DSC)测试
        2.3.7 光学显微镜及UV-vis测试
        2.3.8 乳液纳米粒度测试
        2.3.9 微量水分测试
        2.3.10 膜表面粗糙度表征
        2.3.11 孔径分析
        2.3.12 油水乳液配置
        2.3.13 油水分离性能表征
第3章 超亲水膜的制备及油水分离性能探究
    3.1 引言
    3.2 超亲水多级结构纳米纤维膜制备
        3.2.1 纳米纤维膜纺丝参数优化
        3.2.2 超亲水纳米纤维膜制备条件优化
        3.2.3 多级结构纳米纤维膜制备条件优化
    3.3 超亲水膜表征及油水分离性能测试
        3.3.1 亲水交联网络表征
        3.3.2 膜表面化学元素表征
        3.3.3 膜微观形貌表征
        3.3.4 膜润湿性表征
        3.3.5 膜油水分离性能表征
    3.4 本章总结
第4章 超疏水膜的制备及油水分离性能探究
    4.1 引言
    4.2 超疏水多级结构纳米纤维膜制备
        4.2.1 纳米纤维膜纺丝参数优化
        4.2.2 超疏水纳米纤维膜制备条件优化
        4.2.3 超疏水纳米纤维膜氟化改性参数优化
        4.2.4 超疏水多级结构纳米纤维膜制备
    4.3 超疏水膜表征及油水分离性能测试
        4.3.1 膜表面化学元素表征
        4.3.2 膜表面微观形貌表征
        4.3.3 膜表面润湿性表征
        4.3.4 膜油水分离性能表征
    4.4 本章总结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3878285