【摘要】：隨著社會的進步與發(fā)展,人們越來越重視環(huán)境污染問題,導致對于含油廢水的處理要求也在不斷提高。特殊浸潤性油水分離材料以高選擇性和高分離效率的特點,成為研究人員廣泛關注的研究熱點。因為特殊浸潤性海綿的孔洞孔徑遠大于微濾膜和超濾膜的膜孔孔徑,所以海綿被認為并不適合進行乳液的破乳。我們從海綿材料如何實現(xiàn)破乳的問題出發(fā),制備了一系列具有特殊浸潤性的海綿,并對這些海綿的微觀形貌、浸潤性和油水分離性能進行了系統(tǒng)研究。通過發(fā)展出吸收式破乳方法,實現(xiàn)了海綿對水包油型乳液的破乳,并考察了海綿的表面浸潤性對乳液破乳的影響。此外,在原有的研究基礎上,我們探索出基于聚丙烯酸的金屬離子響應體系,可以實現(xiàn)材料表面浸潤性的可控轉(zhuǎn)變。首先,我們開發(fā)了表面具有超親水性、疏水性和兩憎性的三類聚氨酯海綿,可用于不互溶的油水混合物的分離和水包油型乳液的破乳。超親水海綿表面的親水涂層能夠吸收水形成水凝膠層。該水凝膠層在油水分離中可以阻止油相通過網(wǎng)膜,在吸收式破乳過程中則起到高分子絮凝劑的作用。疏水性海綿表面的表面自由能較低,在油水分離中會阻止表面自由能較高的水相通過,在吸收式破乳過程中可以吸收乳化油滴以降低整個體系的能量。兩憎性海綿不僅能用于吸收式破乳,還可以進行過濾式破乳。其次,我們合成了新型的超親水自支撐海綿,可用于水包油型乳液的吸收式破乳。該自支撐海綿由聚丙烯酰胺和殼聚糖通過物理共混獲得,制備過程十分簡單。自支撐海綿吸收水后會形成帶有正電荷的水凝膠層,對于陰離子型表面活性劑穩(wěn)定的水包油型乳液比陽離子型的破乳分離效率更高。自支撐海綿的破乳分離效率在92%以上,能夠處理4倍于自重的乳液。通過“呼吸破乳”機制可以解釋多孔塊狀材料的吸收式破乳現(xiàn)象。最后,我們制備了包覆線性聚丙烯酸和聚多巴胺的油水分離網(wǎng),能夠?qū)崿F(xiàn)汞離子響應的浸潤性轉(zhuǎn)變。分離網(wǎng)的聚丙烯酸涂層吸收水后可形成水凝膠進而表現(xiàn)出超親水和水下疏油性。當分離網(wǎng)被浸泡在飽和Hg2+溶液后,Hg2+可以與材料表面的聚丙烯酸螯合產(chǎn)生非極性的聚丙烯酸汞,從而轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷院退鲁H油性。所制備的分離網(wǎng)在重力作用下,能夠有效分離不互溶的油水混合物,并可通過汞離子的濃度來調(diào)節(jié)分離網(wǎng)的浸潤性以適應不同的油水分離使用場景。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ317;TQ028.3

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本文編號：2534890