新型三维多孔吸油材料的制备及其在油水分离中的应用

作     者：张书美 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：岳钦艳

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：三维多孔材料 PDMDAAC/石墨烯功能材料 改性海绵 疏水性 油水分离 

摘      要：随着经济和社会的发展,溢油事故频繁发生,严重危害了生态环境和人类的健康发展。吸附法因其操作简便、成本低廉而被广泛应用于油水分离领域。然而,许多传统的吸附剂材料,如植物纤维、羊毛、改性有机粘土、脱落石墨、纤维素基材料等,都存在着吸附油效率低、可回收性差、材料成本高的缺点。针对上述问题,本论文通过制备新型三维多孔吸油材料大大提高了吸附剂的吸油性能和油水分离效率。主要研究内容及成果如下;以P（AM-DMDAAC）和石墨烯为原料,采用一步水热处理法制备出具有高吸附容量和高疏水性的P/石墨烯功能化气凝胶（PGA）。实验结果表明,P（AM-DMDAAC）掺杂入气凝胶以后,PGA的水接触角显著提高,达到142.7°,油接触角接近为0°。并且PGA对油类和有机溶剂具有良好的吸附能力,吸附量在40?130 g/g之间,循环使用10次后,吸附量无明显损失。同时通过研究发现,通过改变制备过程中溶液的pH,可以改变PGA的疏水性。当制备过程溶液的pH为5或11时,得到的PGA为双亲性材料,对MB（215mg/g）和MO（65mg/g）等亲水性染料有很强的吸附能力。优异的吸附能力、可回收性、经济性和机械强度使得PGA成为一种耐用的净水材料。为了进一步降低材料的制备成本和提高材料的机械性能,通过低温碳化的方法,以三聚氰胺海绵为基底材料,在经过氢氧化钠预处理之后,不加入其他改性剂,制备出了超疏水性三聚氰胺海绵。碳化以后的三聚氰胺海绵的接触角能够达到152.7°,并且油接触角接近为0°,具有优良的疏水亲油性能。碳化海绵对各种油类和有机溶剂都表现出出色的吸附能力,最高可达192 g/g,并且可以在短时间内达到吸附平衡。碳化海绵还具有优良的化学稳定性,在强酸和强碱条件下浸泡48小时后,其水接触角仍然能够达到130°以上。由于碳化海绵具有优异的弹性性能,因此可以通过挤压压缩的方式实现材料的循环利用,循环再生5次后的碳化海绵仍然具有良好的吸附性能。将三聚氰胺海绵浸渍到木质素溶液中,通过低温热处理的方法制备超疏水性三聚氰胺海绵。改性后的三聚氰胺海绵水接触角为162°,具有优良的疏水亲油性能。改性后的海绵能够进行迅速高效的油水分离,对各种油类及有机溶剂的吸附容量最高可达157 g/g。木质素的引入不仅提高了海绵的疏水性,还提高了海绵的热稳定性,有利于其在极端条件下的应用。通过挤压的方式就能实现材料的再生循环利用,循环再生5次后其吸附容量仍然能够达到初始吸附容量的60%以上。