水下超疏油-油下疏水石墨烯微滤膜的制备及其油水分离性能研究

作     者：孙文文 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙德

授予年度：2021年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 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] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：石墨烯 水下超疏油 油下疏水 乳化油分离 微滤膜 

摘      要：近年来,由于石油泄漏事故和工业废水的增多,造成了一系列的生态和环境灾难,含油废水的处理引起了人们的广泛关注。常规的方法,如燃烧法、生物降解法、电絮凝等存在分离效率低、成本高、能耗高等缺点,特别是乳化油的分离,更成为分离领域的难题。为了解决上述问题,人们设计了诸多材料,特别是具有特殊润湿性的压力驱动过滤膜。在本文,采用电化学剥离的方法,制备了水分散性较好、具有一定缺陷程度的石墨烯,并通过抽滤法制备了石墨烯-二氧化硅微滤膜,并应用于油水乳化油的分离。首先在超声辅助剥离的条件下,采用电化学方法制备了水分散性较好的石墨烯(GR)。通过抽滤的方法在聚对苯二甲酸乙二醇酯表面(PET)表面制备了GR-SiO微滤膜。研究了不同SiO含量对GR-SiO微滤膜结构、润湿性以及对乳化油分离效率的影响。结果表明,随着SiO含量的增多,GR-SiO微滤膜表面粗糙度逐渐增加,亲水性也逐渐增加,水下油接触角(UWOCA)和油下水接触角(UOWCA)也增加。当SiO含量增加到0.05 g时,GR-SiO微滤膜的水下油接触角和油下水接触角分别为150.0°和132.0°,达到了水下超疏油的状态,水通量达到828.06 L/m·h,孔隙率可达到82.36%,对乳化油分离效率可达75.22%。为了进一步增加GR-SiO微滤膜的亲水性和对乳化油的分离效率,仍采用PET为支撑层,采用聚乙烯醇(PVA)用于交联SiO和GR片层,制备了PVA-GR-SiO微滤膜。研究了不同质量浓度的PVA溶液对微滤膜润湿性和乳化油分离效率的影响。结果表明,当PVA的含量为3 wt.%时,UWOCA和UOWCA分别为154.3°和139.0°,水通量达到256.41 L/m·h,孔隙率可达到84.38%,对乳化油分离效率可达到89.9%,分离效率高于GR-SiO微滤膜。最后,采用羟乙基纤维素(HEC)对GR和SiO进行交联,制备了HEC-GR-SiO微滤膜。研究了不同质量浓度的HEC溶液对微滤膜润湿性、机械性能和对乳化油分离效率的影响。结果表明,当HEC的含量为1 wt.%时,UWOCA和UOWCA分别为155.1°和146.9°,水通量达到316.239 L/m·h,孔隙率可达到85.55%,对乳化油分离效率可达到97.9%,明显高于GR-SiO微滤膜和PVA-GR-SiO微滤膜。上述制备微滤膜的原料价格低廉,方法简单、能耗小,易操作,且分离效果显著,对微滤膜的发展具有重要意义。