水下超疏油复合网膜的制备及其油水分离性能研究

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1、上海大学硕士学位论文中图分类号：X52单位代号：10280密级：学号：15722246硕士学位论文SHANGHAIUNIVERSITYMASTER’SDISSERTATION题水下超疏油复合网膜的制备及其目油水分离性能研究作者王超群学科专业环境工程导师张新颖完成日期2018年4月上海大学硕士学位论文上海大学硕士学位论文上海大学硕士学位论文上海大学工学硕士学位论文水下超疏油复合网膜的制备及其油水分离性能研究姓名：王超群导师：张新颖学科专业：环境工程上海大学环境与化学工程学院2018年4月上海大学硕士学位论文ADissertationSubmittedtoShanghai

2、UniversityfortheDegreeofMasterinEngineeringThefabricationandpropertiesofunderwatersuperhydrophobicoil/waterseparationmembraneM.D.Candidate：Supervisor：Major：EnvironmentalEngineeringSchoolofEnvironmentalandChemicalEngineering,ShanghaiUniversity,April,2018上海大学硕士学位论文摘要溢油事故的频发以及日常生活和工业生产中大量含

3、油废水的产生，都给环境造成很严重的污染，甚至威胁到人类的健康，因此有效的处理含油废水对我们的日常生活以及身体健康都有着十分重要的意义。采用油水分离膜对含油污水进行过滤分离是一种及时有效的油水分离方法。超亲水及水下超疏油材料是一种可以在水下环境中进行油水分离的新型材料，这种材料在水环境中因其超疏油特性，不易被水中的油污和油滴所黏附和污染，因此，其在含油污水防治、航海运输设备的防污、海底开采石油运输管道的防污、石油泄漏的清理等领域中都具有极大的价值。本文以不锈钢丝网和尼龙网为膜基材料，基于绿色环保易降解的高分子材料（壳聚糖、聚乙烯醇、纤维素、淀粉）与二氧化硅纳米颗粒为涂层

4、溶液，戊二醛为交联剂，通过简便环保的一步涂装法制备出四种不同类型的油水分离膜。同时对制备的几种材料的分离性能进行了初步探究。主要结论如下：(1)通过壳聚糖与二氧化硅复合涂层，制备超亲水-水下超疏油油水分离膜。实验探究了壳聚糖-二氧化硅复合膜的单一影响因素条件与响应曲面法优化后的最佳制备条件。改性后的尼龙网和不锈钢丝网在空气中与水的接触角降低至0°，与水中油的接触角分别上升至155.8°与153.8°。表现出了超亲水-水下超疏油的能力。该分离膜对于正己烷的最高分离效率均可达99%以上，且回用次数可达40次以上。并且对于七种不同油品的油（正己烷，环己烷，石油醚，柴油，植物

5、油，润滑油，硅油）分离效率均可达到95%以上，其中壳聚糖-二氧化硅涂层-1-2-1-1尼龙网的通量达到了44161Lmhbar。(2)通过聚乙烯醇复合二氧化硅涂层，制备了超亲水-水下超疏油油水分离膜。探讨了不同型号的PVA为涂层原料的分离膜的性能，发现PVA1788制备的油水分离膜在接触角与分离性能上比PVA2499改性膜更加优良。实验探究了不同单一影响因素对膜分离性能的影响以及响应曲面法确定了PVA1788改性网膜最佳的制备条件。改性后的尼龙网和不锈钢丝网的在空气中与水的接触角均降低至0°，达到超亲水，水中油的接触角分别上升至155.0°与156.6°，表现出水下超

6、疏油的性能。稳定性实验研究显示，改性网膜对于酸碱环境均有良好的耐受性，在pH为4与pH为10的环境下可连续工作48h，接触角没有明显的变化。此外，其对于正己烷的最高分离效率可达到99.5%，具有良好的油水分离性能。并且同时上海大学硕士学位论文对七种不同油品的油（正己烷，环己烷，石油醚，柴油，植物油，润滑油，硅油）分离效率均可达到95%以上，且回用次数可以达到至少80次。PVA-SiO2复合涂-1-2-1-1-1-2层不锈钢丝网与尼龙网的膜通量分别达到了9523Lmhbar和6794Lm-1-1hbar。(3)以纳米纤维素的氢氧化钠尿素溶液为涂层液，戊二醛为交联剂，制备

7、了高效的超亲水-水下超疏油油水分离膜，同时添加淀粉以期改善网膜的润湿性和涂层的牢固性。实验表明，淀粉的涂层对于网膜的润湿性影响不大，但其粘附力强，容易负载在网膜表面，涂层牢固度提高。纳米纤维素改性网膜结果显示以尼龙网为膜基材料的分离膜涂层更加均匀，更加稳定，因此选用尼龙网作为膜基材料继续探究最佳制备条件。纳米纤维素改性尼龙网具有极其优异的水下接触角与分离效率，其水下接触角提升至157.5°，对于正己烷的分离效率可达到99.8%。但是纳米纤维素交联涂层尼龙网的回用效率仅仅为5次，且酸碱耐受性较差。(4)以纳米纤维素，淀粉与二氧化硅纳米颗粒为复合涂层，戊