Utilization of Super/Hydrophobic Materials for Oil/Water Separation

作     者：Ebenezer Kobina Sam 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕晓萌

授予年度：2021年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 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] 082103[工学-纺织化学与染整工程] 

主      题：超疏水性 自修复性 聚氨酯 可回收性 金属有机框架 蛋黄/壳纳米结构 

摘      要：到目前为止,油/水的分离是一个世界性的问题,大量废油和溢油的排放对人类的健康和整个的生存环境造成了很大的危害。因此,我们必须要制备出拥有相应功能的材料,以防出现处理此类问题的需要。虽然目前有许多材料可用于补救石油泄漏的情况,但这些材料往往效率低下,并且从某种意义上来说,这些材料也不环保。近年来,超疏水材料因其可应用方向众多而备受关注。而我们这项研究的目的就是制造用于油/水分离的超/疏水材料。首先,我们采用简单而低成本的工艺,制备与Si O溶胶结合的羟基化BN,然后通过浸涂的方法,在聚氨酯(PU)泡沫上嵌入BN/Si O(BN/Si O@PU)。BN/Si O@PU由于其自身的疏水性,它会漂浮在水面上,所以我们选择使用各种有机溶剂或油进行吸收测试以测试其性能。与BN/Si O气凝胶、BN@PU和Si O@PU相比,BN/Si O@PU对有机溶剂和油具有较高的吸收率和高吸收能力,可吸收多达40倍自身的重量。它还能够选择性地从油水混合物中吸收油或有机溶剂,分离效率高于95%,具有良好的可回收性与20个吸收周期,甚至可以用于商业废油的分离处理。其次,通过在亚麻织物上浸涂六甲基二硅氮烷(PDMS)、ZIF-90和氟硅烷(FAS)来制备改性织物。PDMS是自然界中一种已知的疏水性有机硅,我们将它涂在织物上,它作为潜在的疏水剂,可在表面遭到破坏时迁移到表面,以恢复疏水性。然后我们将经水热合成制备的ZIF-90涂在麻织物上,以提供纳米级粗糙度,再用FAS进行改性,以提高疏水性。得到的改性麻织物具有超强的疏水性,水接触角(WCA)为151°。同时,它还表现出了对几种油/水乳液的良好分离能力,达到了99.5%的最大分离效率和1213 L m h的通量。改性麻织物具有出色的可回收性,可回收10个周期,在机械耐久性和化学稳定性测试方面也表现出良好的稳定性,可在室温下通过热处理自行修复。在第三项工作中,我们用蛋黄壳Si O-Ti O纳米粒子和六甲基二硅氮烷(HMDS)涂层修饰聚丙烯无纺布涂层,制成了超疏水织物。改性织物的水接触角(WCA)为154°。它还显示了对多个油/水乳液的良好分离能力,最大分离效率达到99.5%,通量为3558 L mh。改性织物具有出色的可回收性,可回收10个周期,分离效率超过98%,通量超过3500 L mh。改性织物具有良好的机械耐久性,200次磨损周期后仍然是超疏水表面。它还对HSO、Na OH、盐溶液和DMF表现出良好的化学稳定性。它也可以在室温下和高温下自我修复。这些数据证明改性超疏水材料具有良好的机械和化学稳定性,自我修复能力和油/水乳液的高效分离效率。