金属基超亲水复合涂层的制备及其在油水分离中的研究

作     者：曾志伟 

作者单位：四川农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张延宗

授予年度：2022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] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：金属基 粗糙度 超亲水 微观机制 含油废水 

摘      要：含油废水的排放和海洋溢油事故的频繁发生,对人类健康和生态环境造成了严重威胁,因此分离这些油水混合物是刻不容缓的。通过自然界的启发,人们发现仿生界面材料可以有效的将油水混合物中的水和油分离开来,从而解决这个难题。此外,由于其具有分离效率高、制备方法简单以及成本低等特点很快成为了油水分离的新宠儿。在前人的基础上,本工作通过简单的方法先后制备了超亲水/水下超疏油涂层和超亲水/空气中超疏油涂层并应用于含油废水的分离。本工作的主要内容和获得的研究成果如下:(1)通过刻蚀SSM和后续的改性制备了超亲水/水下超疏油性能的复合涂层。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线能量色散谱、傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱等表征分析了涂层的形貌、成分、润湿性以及微观机理。当羧甲基纤维素钠的浓度为0.4 wt%,气相二氧化硅的浓度为4 mg/m L时,该复合涂层在空气中的水接触角为0°,水下油接触角为162.7°,滑动角为5°,具有优异的超亲水/水下超疏油性能。同时还具有优异的低粘附性、耐久性能、滑动性能、机械稳定性能和良好的耐腐蚀性能。该涂层对各类油的实际入侵压力均高于3.36 k Pa,具有优异的抗油渗透压力。在循环分离50次后,对各种类油的分离效率均高于97%,具有优异的油水分离性能,该涂层在油水处理领域具有潜在的应用价值。此外,我们得到水接触角和通量呈现出负相关性。试验还表明只要材料具有亲水性/水下高疏油性能,就可以用于有效的油水分离,本研究可为以后的工作者提供一些参考。(2)通过刻蚀铜网和后续改性制造了超亲水/空气中超疏油性能的复合涂层。当PDDA浓度为10 g/L、浸泡时间为30 min、Si O的浓度为2.5 g/L、Si O和FS-50的质量比为1:6以及搅拌时间为30 min时,所制备的复合涂层具有独特的鸟巢状结构,在空气中的油接触角为153.1°,滑动角为7°,且具有低粘附性能,在空气中的水滴仅在0.3 s内就可以完全铺展开来,具有优异的超亲水/空气中超疏油性。同时它也具有优异的抗腐蚀性、机械稳定性、耐久性和耐水性能。该涂层对各类油的实际入侵压力均高于1.07 k Pa,具有优异的抗油渗透压力。对各类油水混合物的效率均高于97%,且具有很高的分离通量,同时具有良好的循环稳定性,此外,还具有良好的抗油污性能。同时,阐明了超亲水/空气中超疏油的机理,此外,还提出了聚电解质在提高含氟表面活性剂在水中的稳定性方面起着关键作用,这些发现为实际应用中处理含油废水提供了重要的依据。