超润湿性不锈钢网的制备及其在油水分离方面的应用
这是一篇关于油水分离,超亲水,Janus,不锈钢网的论文, 主要内容为现代工业中含油废水的大量排放以及经常性的油泄漏造成了严重的油污染,对水资源及环境带来了巨大的破坏。因此,解决油污染是十分重要的问题。相对于传统的油水分离方法,采用超润湿性材料进行油水分离的方法,能够快速低能高效地对油水混合物进行分离,逐渐成为油水分离研究的热点。本论文采用孔径大、强度高、无污染、经济易得的不锈钢网(SSM)作为基底,通过简单的原位生长的方法制备出了一种超亲水不锈钢网,并且在此基础上利用单面沉积法制备得到了高疏水-超亲水的Janus不锈钢网(Janus-SSM),可用于分离不混溶油水混合物;进一步地将超亲水不锈钢网与Janus-SSM组装形成三维的Janus不锈钢网层,并实现了乳化油水混合物的高效分离。本论文研究内容如下:(1)首先在不锈钢网上通过原位生长多巴胺和二氧化硅粒子的方法成功制备得到超亲水不锈钢网。该超亲水不锈钢网对于水的接触角为0°,水下油(正己烷、正戊烷、石油醚、异辛烷)的接触角高于150°,具有很好的水下疏油性。该超亲水不锈钢网能够用于分离轻油和水的混合物,油水分离效率达到99.80%,分离通量达45000 L·m-2·h-1,并且在20个分离循环之后仍能保持较高分离效率,表现出出色的油水分离性能;在经过强酸、强碱、高浓度盐溶液、有机溶剂的处理及砂子冲击之后仍能保持很好的润湿性能及分离效率,展现了出色的化学和机械稳定性能。(2)将所获得的超亲水不锈钢网在重油和水的相界面上单面接枝全氟硅氧烷实现单面疏水改性,然后单面沉积多巴胺而获得超亲水/高疏水Janus-SSM。该Janus-SSM的高疏水侧的水接触角为135°,超亲水侧水的接触角为0°,并且超亲水侧在水下对于正己烷、正戊烷、石油醚、异辛烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷等油的接触角均高于150°,具有水下超疏油性。相比于超亲水不锈钢网,该Janus-SSM既能分离重油/水的混合物,又能分离轻油/水的混合物,分离效率均高于99.50%,分离通量最高可达45000 L·m-2·h-1,在20次分离循环之后仍能保持较高的分离效率;在经过强酸、强碱、高浓度盐溶液、有机溶剂及砂子冲击等处理之后仍能够保持良好的润湿性能,具有出色的化学、机械稳定性能。(3)将所获得的单层Janus-SSM与多片超亲水不锈钢网叠加组合,得到三维Janus不锈钢网层。该三维Janus网层,不仅能够分离不混溶的重油、轻油与水的混合物,而且由于层状结构中的特殊三维通道,可以实现乳化油水混合物的高效破乳与分离,对于水包油和油包水的乳液的分离效率均大于99.30%,分离通量最高可达7000 L·m-2·h-1。
特殊润湿性不锈钢网的制备及其油水分离应用研究
这是一篇关于超疏水,油水分离,MOF,可切换润湿性,不锈钢网的论文, 主要内容为随着中国工农业的快速发展,含油废水排放、油泄漏等问题对水环境造成了严重污染。因此,开发一种高效、经济的油水分离方法至关重要。与传统的油水分离材料相比,基于不锈钢网的分离技术具有高通量、性能稳定和节能等优点。沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)作为金属有机骨架材料(MOFs)的一种,具有低成本、易于制备、高热稳定性以及高化学稳定性等优点。因此,研究选用ZIFs成功制备出两种特殊润湿性不锈钢网材料,旨在实现高效的油水分离、减少二次污染以及保护生态环境。同时,本研究还将致力于解决当前油水分离材料的制备过程复杂、抗污性能差、润湿性单一等问题。主要的研究内容包括:(1)通过原位生长ZIF-zni及硬脂酸乙醇溶液改性处理,成功制备了一种耐用的超疏水不锈钢网(SH-SSM)。通过调控制备过程中硬脂酸乙醇溶液的改性时间,改变不锈钢网表面的润湿性。该材料的水接触角高达158°,具有优异的稳定性和自清洁性,且在强碱条件下(p H=14)仍然保持较高的疏水性。此外,SH-SSM在重力作用下即可实现油/水混合物的分离,分离效率高达99.99%,且经20次循环后,重油/水和轻油/水混合物的分离效率分别维持在97.00%和98.00%以上。本研究针对MOFs材料的不稳定性、不耐污、易在强碱条件下分解等缺点,提出了一种绿色、简便、低能耗的疏水改性方法。该方法为MOFs材料的疏水改性提供了新思路。(2)利用丹宁酸的亲水性将原位自组装形成的ZIF-zni固定到表面光滑的不锈钢网上,成功制备了一种可切换润湿性不锈钢网(ZIF-zni@SSM)。通过调控制备过程中氯化锌和咪唑的摩尔比,改变不锈钢网表面的润湿性。该材料可在三种油水体系中实现水下超疏油性和油下超疏水性的可逆切换,并能按需分离多种油水混合物。其分离效率高达99.97%,经40次循环后,重油/水和轻油/水混合物的分离效率分别为99.60%和98.68%,展现出极好的分离性能。同时,ZIF-zni@SSM在恶劣的环境条件下也展现出优异的耐油污性和化学稳定性。此外,该材料还可应用于油/油混合物的按需分离,分离效率和分离通量分别高达99.4%和12.2ⅹ104 L·m-2·h-1。本研究针对MOFs材料的不耐污、润湿性单一等缺点,提出了一种简便、低成本的制备方法。该方法解决了目前可切换润湿性材料制备过程复杂、能耗高等问题。SH-SSM与Zl F-zni@SSM均具有高效的油水分离效率和优异的稳定性。这项研究为油水分离领域提供了一种新的解决方案,同时也为MOFs材料在油水分离领域的应用提供了更多的理论和实践支持。
超亲水/水下超疏油不锈钢网制备及其油水分离性能研究
这是一篇关于油水分离,超亲水,不锈钢网,耐用性,金属有机框架的论文, 主要内容为油水分离网膜材料因分离效率高、无二次污染、操作简单等特点,受到当今学者的广泛关注。然而在现实环境中,油水分离网膜材料寿命短、耐用性差,因此难以投入实际应用。为提高其耐用性和使用寿命,制备具有较高实际应用价值的油水分离网膜材料,本文通过氧化转化法和金属有机框架化合物(MOF)改性制备超亲水油水分离不锈钢网膜,实现了长期耐用性、耐腐蚀性以及耐摩擦性油水分离材料的制备。首先,以1400目不锈钢网(SSM)作为基底,通过过硫酸铵-氢氧化钠溶液氧化和单宁酸-磷酸溶液转化,制备超亲水不锈钢网膜(SHM),并对改性前后不锈钢网膜进行了一系列研究。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至159°,证明氧化转化法改性后不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到40k~60k L.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在1000-g砝码下,经过80 m磨损,SHM分离效率保持稳定。长期稳定性及耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在人工海水300天的时间里,水下静态油接触角与分离效率保持不变;浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH 1和pH 14)15天内,分离效率保持不变。其次,以碱性过硫酸铵氧化过的不锈钢网为基底,通过NH2-MIL-101与1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)自组装改性制备MOF-SHM。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至160°,证明MOF改性不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到45k~50k L.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在100-g砝码下,经过10m磨损,SHM分离效率保持稳定。耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH 1和pH 14)10 h内,分离效率保持不变。此外,润湿后MOF-SHM被颗粒灰尘和油污污染后具有自清洁能力。
超亲水/水下超疏油不锈钢网制备及其油水分离性能研究
这是一篇关于油水分离,超亲水,不锈钢网,耐用性,金属有机框架的论文, 主要内容为油水分离网膜材料因分离效率高、无二次污染、操作简单等特点,受到当今学者的广泛关注。然而在现实环境中,油水分离网膜材料寿命短、耐用性差,因此难以投入实际应用。为提高其耐用性和使用寿命,制备具有较高实际应用价值的油水分离网膜材料,本文通过氧化转化法和金属有机框架化合物(MOF)改性制备超亲水油水分离不锈钢网膜,实现了长期耐用性、耐腐蚀性以及耐摩擦性油水分离材料的制备。首先,以1400目不锈钢网(SSM)作为基底,通过过硫酸铵-氢氧化钠溶液氧化和单宁酸-磷酸溶液转化,制备超亲水不锈钢网膜(SHM),并对改性前后不锈钢网膜进行了一系列研究。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至159°,证明氧化转化法改性后不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到40k~60k L.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在1000-g砝码下,经过80 m磨损,SHM分离效率保持稳定。长期稳定性及耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在人工海水300天的时间里,水下静态油接触角与分离效率保持不变;浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH 1和pH 14)15天内,分离效率保持不变。其次,以碱性过硫酸铵氧化过的不锈钢网为基底,通过NH2-MIL-101与1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)自组装改性制备MOF-SHM。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至160°,证明MOF改性不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到45k~50k L.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在100-g砝码下,经过10m磨损,SHM分离效率保持稳定。耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH 1和pH 14)10 h内,分离效率保持不变。此外,润湿后MOF-SHM被颗粒灰尘和油污污染后具有自清洁能力。
超亲水/水下超疏油不锈钢网制备及其油水分离性能研究
这是一篇关于油水分离,超亲水,不锈钢网,耐用性,金属有机框架的论文, 主要内容为油水分离网膜材料因分离效率高、无二次污染、操作简单等特点,受到当今学者的广泛关注。然而在现实环境中,油水分离网膜材料寿命短、耐用性差,因此难以投入实际应用。为提高其耐用性和使用寿命,制备具有较高实际应用价值的油水分离网膜材料,本文通过氧化转化法和金属有机框架化合物(MOF)改性制备超亲水油水分离不锈钢网膜,实现了长期耐用性、耐腐蚀性以及耐摩擦性油水分离材料的制备。首先,以1400目不锈钢网(SSM)作为基底,通过过硫酸铵-氢氧化钠溶液氧化和单宁酸-磷酸溶液转化,制备超亲水不锈钢网膜(SHM),并对改性前后不锈钢网膜进行了一系列研究。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至159°,证明氧化转化法改性后不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到40k~60k L.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在1000-g砝码下,经过80 m磨损,SHM分离效率保持稳定。长期稳定性及耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在人工海水300天的时间里,水下静态油接触角与分离效率保持不变;浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH 1和pH 14)15天内,分离效率保持不变。其次,以碱性过硫酸铵氧化过的不锈钢网为基底,通过NH2-MIL-101与1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)自组装改性制备MOF-SHM。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至160°,证明MOF改性不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到45k~50k L.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在100-g砝码下,经过10m磨损,SHM分离效率保持稳定。耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH 1和pH 14)10 h内,分离效率保持不变。此外,润湿后MOF-SHM被颗粒灰尘和油污污染后具有自清洁能力。
超亲水/水下超疏油不锈钢网制备及其油水分离性能研究
这是一篇关于油水分离,超亲水,不锈钢网,耐用性,金属有机框架的论文, 主要内容为油水分离网膜材料因分离效率高、无二次污染、操作简单等特点,受到当今学者的广泛关注。然而在现实环境中,油水分离网膜材料寿命短、耐用性差,因此难以投入实际应用。为提高其耐用性和使用寿命,制备具有较高实际应用价值的油水分离网膜材料,本文通过氧化转化法和金属有机框架化合物(MOF)改性制备超亲水油水分离不锈钢网膜,实现了长期耐用性、耐腐蚀性以及耐摩擦性油水分离材料的制备。首先,以1400目不锈钢网(SSM)作为基底,通过过硫酸铵-氢氧化钠溶液氧化和单宁酸-磷酸溶液转化,制备超亲水不锈钢网膜(SHM),并对改性前后不锈钢网膜进行了一系列研究。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至159°,证明氧化转化法改性后不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到40k~60k L.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在1000-g砝码下,经过80 m磨损,SHM分离效率保持稳定。长期稳定性及耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在人工海水300天的时间里,水下静态油接触角与分离效率保持不变;浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH 1和pH 14)15天内,分离效率保持不变。其次,以碱性过硫酸铵氧化过的不锈钢网为基底,通过NH2-MIL-101与1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)自组装改性制备MOF-SHM。与未改性不锈钢网相比,SHM表面粗糙度增加,亲水性及水下疏油性空气中静态水(WCA)接触角由112°降至0°,水下静态油接触角(UWOCA)由119°升至160°,证明MOF改性不锈钢网表面具有超亲水/水下超疏油性能。油水分离实验证明,SHM在分离不同类型的油水混合物的过程中,渗透通量达到45k~50k L.m-2.h-1;分离效率达到99.9%,且循环分离次数达百次以上。耐摩擦性测试结果表明,在100-g砝码下,经过10m磨损,SHM分离效率保持稳定。耐腐蚀性测试结果表明,SHM浸泡在强酸或强碱性水溶液(pH 1和pH 14)10 h内,分离效率保持不变。此外,润湿后MOF-SHM被颗粒灰尘和油污污染后具有自清洁能力。
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