RGO_PC多孔整体材料制备及其油水分离性能研究

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1、学校代码１０４５９学号或申请号２０１５２２１９２４７４＠密级ｋ％专业硕士学位论文ＲＧＯ／ＰＣ多孔整体材料制备及其油水分离性能研究作者姓名：王迎珂导师姓名：申长雨教授王波副教授专业学位名称：材料工程培养院系：材料科学与工程学院完成时间：２０１８年４月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterFabricationandOil/WaterSeparationPerformanceofPorousRGO/PCMonolith

2、sByYingkeWangSupervisor:Prof.ChangyuShenAssociateProf.BoWangMaterialsEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringApril2018摘要摘要近年来，由于石油的溢出和有机化学物质的泄漏导致了全球范围内水污染的频繁出现，使得人类的生产生活和生物的栖息地受到了严重的破坏。因此，如何快速地对油污染水源进行高效的油水分离已经成为了当前迫切需要解决的问题。目前有很多种方法已经被报道用于处理油水分离，比如说：撇油器、固化剂、分散剂、生

3、物可降解、控制燃烧、物理扩散以及吸附材料等。然而，这些方法在实际应用中仍存在一些限制，例如：较高的花费、较低的效率、较差的循环能力、产生有害副产物等。近些年，具有超浸润性能的聚合物基多孔整体材料由于显著的疏水性在油水分离领域吸引了国内外学者极大的兴趣，因为在油水分离的过程中只有油能够被吸附而水被完全阻隔在多孔整体材料的外面，极大的提高了油水分离的效率。基于之前开创性的工作，开发具有新奇的超疏水/超亲油聚合物基多孔整体材料用于高效的油水分离具有重大的意义。本文以聚碳酸酯(PC)和还原氧化石墨烯(RGO)为原料，采用热影响非溶剂诱导相分离的方法

4、(TINIPS)制备出具有超疏水/超亲油特性的RGO/PC多孔整体材料(RGO含量为1wt%)。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和接触角测试仪等仪器，对RGO/PC多孔整体材料的微观结构及油水分离性能进行了表征，研究结果如下：(1)RGO/PC多孔整体材料具有独特的微纳米结构。在微米尺度下，RGO/PC多孔整体材料的形貌是由颗粒组成的珊瑚状粒子簇。这些粒子的尺寸在7-20μm之间随机分布。在高倍数下，这些微米级的颗粒是由三维连通多孔巢状结构组成，不同尺寸的纳米纤维相互搭接在一起形成了连续的骨架和纳米级的孔；(2

5、)RGO/PC多孔整体材料的水接触角为156°，油接触角为0°，展现了优异的超疏水/超亲油性；(3)RGO/PC多孔整体材料的超疏水/超亲油性使其能够有效地对油水混合物中的油进行选择性吸附，进而达到油水分离的目的；(4)RGO/PC多孔整体材料对不同种类的油和有机溶剂有较好的吸附能力，且饱和吸附容量达到自身重量的5.47-15.8倍。对吸附的RGO/PC多孔整体材料做循环使用性能的测试，结果表明经过十次循环后的RGO/PC多孔整体材料依然能保持较好的吸附能力。随后，研究了RGO含量对RGO/PC多孔整体材料微观结构和油水分离性能的影响。研究

6、结果表明：(1)RGO含量在0.5-2wt%范围内时，随着RGO含量的I摘要增加，多孔整体材料的孔尺寸呈现出增加的趋势，这主要归因于RGO对骨架具有支撑作用，使得多孔材料保持了较好的孔结构。随着RGO的含量继续增加(3wt%)，更多的RGO纳米片由于范德华力和π-π堆叠作用团聚在一起，导致了支撑作用和孔尺寸的降低。因此，当RGO的含量是2wt%时，RGO/PC多孔整体材料具有最大的孔尺寸分布和孔隙率(91.3%)；(2)由于材料的微观结构对其宏观疏水性具有决定性的作用，当RGO的加入量是2wt%时，RGO/PC多孔整体材料的疏水性最好(水接

7、触角达到161°)，其对各种油和有机溶剂的饱和吸附容量最大(吸附容量为自身重量的7.88-17.57倍)。关键词：聚碳酸酯还原氧化石墨烯多孔整体材料相分离油水分离IIAbstractAbstractInrecentyears,frequentoccurrencesofwaterpollutioncausedbyoilspillandchemicalleakagehaveledtosevereenvironmentaldestructiononaglobalscale,whichleadtotheproductionofhumanandhab

8、itatoflifehasbeenseverelydamaged.Hence,howtoquicklyandefficientlyconductoil/waterseparati