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加氢半焦吸油性实验研究

化学工程 2020年第2期48卷 57-62页

作者：郑征刘泽龙周三王蕾煤基低碳能源国家重点实验室河北廊坊065000 新奥科技发展有限公司河北廊坊065000

以加氢半焦为吸附材料,考察其不同条件下对豆油吸附规律及对不同油品的吸附能力,进一步结合N 2吸附法和压汞法,探究其初步吸油机理,并将其应用于原油吸附研究。结果表明:加氢半焦颗粒内部中空、表面多大孔,亲油疏水性明显,吸油时间≥1 ... 详细信息

以加氢半焦为吸附材料,考察其不同条件下对豆油吸附规律及对不同油品的吸附能力,进一步结合N 2吸附法和压汞法,探究其初步吸油机理,并将其应用于原油吸附研究。结果表明:加氢半焦颗粒内部中空、表面多大孔,亲油疏水性明显,吸油时间≥1 h时可达到平衡,粒径大小对吸油性能影响较小,低温对吸油性能影响显著。加氢半焦对不同油品的吸附能力大小顺序为,高温煤焦油>加氢油品>豆油>原油>柴油,前3种油吸附形成以颗粒为核,外包油结构,后2种油吸附形成吸藏型结构。原油水体扩散时会形成明显的厚油层和薄油层,加氢半焦对厚油层吸附倍率较高,与发生油焦集聚现象有关。

关键词：加氢半焦吸油材料吸油倍率吸油机理原油吸附

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太阳能驱动界面光热吸油材料的研究进展

材料科学与工程学报 2024年第1期42卷 144-152页

作者：谷相宜宋长远刘文涛郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450001

油水分离技术被视为解决海上溢油问题的一种有前景的方法。在现有的技术中,基于界面光热转换效应的太阳能驱动原油吸附技术凭借低能耗和高效率而备受关注。本文综述了用于原油吸附的光热材料的最新进展。首先,概述了界面光热转换的机理... 详细信息

油水分离技术被视为解决海上溢油问题的一种有前景的方法。在现有的技术中,基于界面光热转换效应的太阳能驱动原油吸附技术凭借低能耗和高效率而备受关注。本文综述了用于原油吸附的光热材料的最新进展。首先,概述了界面光热转换的机理。然后,总结了光热吸附剂的最新研究成果,重点介绍了其结构设计。最后,阐述了光热装置在原油吸附方面面临的挑战和机遇。

关键词：界面光热转换光热材料原油吸附多孔材料

多功能TPU基多孔整体材料构筑及其油水分离特性研究

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多功能TPU基多孔整体材料构筑及其油水分离特性研究

作者：史玉涛郑州大学

学位级别：硕士

随着全球工业的高速发展,各国对石油和化工产品的需求量与日俱增,与之而来的海上溢油和有机化学品泄漏事故频发,对人类赖以生存的水资源和生态环境造成极其严重的破坏。快速、便捷环保地从污染水体中去除油污和工业有机废水是解决水体... 详细信息

随着全球工业的高速发展,各国对石油和化工产品的需求量与日俱增,与之而来的海上溢油和有机化学品泄漏事故频发,对人类赖以生存的水资源和生态环境造成极其严重的破坏。快速、便捷环保地从污染水体中去除油污和工业有机废水是解决水体污染的根本方法。目前常见的油性污水处理方法主要分为浮选、固化剂、原位燃烧、生物修复等,但上述方法大多成本昂贵、效率低、能耗大且会造成二次污染。物理吸附材料因具有环境友好、成本低、操作简单、油品可回收等优点,成为油水分离领域研究的热点之一。聚合物基多孔整体材料是一种具有三维连通多孔结构的新型块体材料,凭借自身高孔隙率、大比表面积、疏水亲油等特点,作为油吸附剂展现出优异的油水分离能力。然而,吸附材料不易回收和无法吸附高粘度原油等不足使材料在油水分离应用方面受到极大制约。鉴于此,本文旨在开发多功能聚合物基多孔整体材料,通过赋予材料特殊的功能性,克服实际油水分离应用中的性能限制并拓展其应用范围。首先,采用热诱导相分离法(TIPS)制备热塑性聚氨酯(TPU)多孔整体材料,作为三维多孔油吸附剂的柔性基体。再以FeO纳米粒子作为表面磁性层材料,基于浸涂法(聚多巴胺粘附)及后续氟硅烷疏水改性(三甲氧基(1H,1H,2H,2H-十七氟癸基)硅烷,FAS),构筑磁性超疏水TPU/FeO@FAS多孔整体材料,并对复合材料的微观结构、磁学性能和油水分离性能进行了细致的表征分析。研究结果如下:(1)FeO纳米粒子的引入赋予了TPU多孔整体材料优良的磁性性能,在外加磁场作用下,可以实现油吸附材料的磁力驱动和快速回收;(2)磁性TPU/FeO@FAS多孔整体材料呈现三维连通分级多孔结构,拥有较宽的孔径分布范围,FeO纳米粒子均匀包覆在多孔骨架表面;(3)磁性TPU/FeO@FAS多孔整体材料的水接触角为153,油接触角为0,展现出优越的超疏水/超亲油特性,能够选择性分离不同的低粘度油/有机溶剂,同时展现出高的饱和吸附能力(6.0-41.1 g g);(4)磁性TPU/FeO@FAS多孔整体材料在经过循环压缩1000次后仍保持良好的超弹性和耐疲劳性,采用简单挤压的方式来循环吸附和回收油/有机溶剂,展示了出色的循环使用性能;(5)得益于样品本身良好的力学性能,磁性TPU/FeO@FAS多孔整体材料能够利用泵辅助吸附装置快速连续的选择性吸附水面浮油和有机溶剂。然后,以纯TPU多孔整体材料作为柔性多孔基体,光热转换性能优异的MXene(TiCT)纳米片作为表面光热层材料,制备出具有光热效应的超疏水TPU/MXene@FAS多孔整体材料,对材料的微观结构、光热转换能力和太阳能驱动原油/水分离性能进行了深入研究。研究结果表明:(1)TPU/MXene@FAS多孔整体材料拥有三维连通分级多孔结构和高孔隙率(88%),水接触角为156,油接触角为0,呈现出良好的油水分离选择性;(2)紫外-可见-近红外吸收光谱分析结果显示,TPU/MXene@FAS多孔整体材料具有优异的全太阳光谱吸收能力(光波长范围200-2500 nm),光吸收率高达96%;(3)TPU/MXene@FAS多孔整体材料展现出优良的光热转换效率,在模拟太阳光照条件下(1.0 k W/m),材料顶部表面在1 min内即可自加热升温至69.7℃,最高平衡温度为80.5℃(5 min);(4)在太阳光照条件下,TPU/MXene@FAS多孔整体材料能够快速吸附高粘度原油。这是由于复合多孔整体材料凭借自身光热转换机制将吸收太阳光直接转化为热能,材料迅速升温并传递热量给接触原油致使其粘度下降,显著提高了原油在多孔结构中的流动性和扩散速率所致;(5)借助泵辅助连续吸附装置,原油吸附速率与无光照条件相比提高16.7倍,吸油流量达到352.36 kg m h,可以实现高粘度原油的高效选择性分离。

关键词：多孔整体材料磁性 Fe3O4纳米粒子 MXene纳米片超疏水光热转换原油吸附

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碳纳米海绵的制备及其光热功能研究

碳纳米海绵的制备及其光热功能研究

作者：王祯瑜西南交通大学

学位级别：硕士

本论文提出了一种新颖的一体化设计,利用碳纳米管在石墨层间生长的杂化材料构筑成光热单元并进一步组装交联形成具有光热效应的碳纳米海绵。该过程避免了苛刻的化学处理工艺,可获得了具有高导热性的无缺陷碳纳米网络。此外,利用新型石... 详细信息

本论文提出了一种新颖的一体化设计,利用碳纳米管在石墨层间生长的杂化材料构筑成光热单元并进一步组装交联形成具有光热效应的碳纳米海绵。该过程避免了苛刻的化学处理工艺,可获得了具有高导热性的无缺陷碳纳米网络。此外,利用新型石墨层间化合物作为光热单元,一方面提高了材料的机械稳定性;一方面增加了材料的热传导率获得超高加热速率的光热碳纳米海绵;同时这种组装交联的整体设计防止了光热单元在实际使用循环过程中的分离为下一代光热吸附剂的发展提供了设计思路。本论文的具体研究工作以碳纳米海绵的制备与其性能分析、碳纳米海绵光热辅助油水分离性能分析和改性杂化海绵太阳能水蒸发材料的制备与性能分析这三个方面开展,主要研究内容包括:(1)以天然石墨为原料,采用氯化铁熔盐插层制备形成石墨层间化合物,再以其作为前驱体经化学气相沉积形成光热单元;随后通过浮游法生长碳纳米管实现单元间的交联,形成具有三维结构的杂化海绵。探究了天然石墨的尺寸对石墨层间化合物结构特征的影响,结果表明片层尺寸为75μm的天然石墨,其与插层剂质量比为1:5时,在400℃反应12 h能够形成均匀插层的二阶石墨层间化合物产物。以该产物为前驱体,二茂铁和二氯苯分别作为催化剂和碳源,经二次化学气相沉积制备得到杂化海绵。表征及性能测试结果表明杂化海绵是由互相搭接的碳纳米管三维网络包裹了碳纳米管的石墨层间化合物杂化材料构成,具有较高的孔隙率(>97%)、优异的机械性能及压缩循环稳定性,经50次循环压缩后仍可保留最大应力的80%以上。(2)通过对光热单元中石墨层间化合物前驱体含量的控制,调控了碳纳米海绵光热转换性能,并进一步探索了对原油吸附能力的影响规律。通过光热转换用于降低原油的黏度,实现对高粘度原油的有效吸附,所制备的光热油水分离海绵材料具有超高的疏水性,能够有效吸附水中的油类及有机溶剂。当杂化海绵中前驱体质量为0.08 g时,其光热转换性能最优。在1 k W/m光照强度下,海绵可在25 s内快速升温至81℃,对原油的吸附容量能达到31.68 g/g,且在十次循环后仍然能保持80%以上的吸附容量。(3)采用优化所得杂化海绵,通过氧气等离子改性处理调控杂化海绵的亲水性,研究其光热—水蒸气转化性能。发现采用氧气等离子体以300 W功率处理杂化海绵,可显著提升其亲水性。当处理时长增长时,杂化海绵的光热转换性能有所提升。1k W/m光的强度下,等离子体处理时长为600 s杂化海绵水蒸发量为0.92 kg/m。与通过光照直接蒸发纯水相比,杂化海绵的效率约为直接蒸发的5.6倍,表明改性杂化海绵材料可应用于太阳能水蒸发体系。

关键词：杂化海绵碳纳米管海绵光热转换原油吸附太阳能水蒸发

疏水/亲油型含油污水处理材料的制备及其性能研究

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疏水/亲油型含油污水处理材料的制备及其性能研究

作者：王晓彤北京化工大学

学位级别：硕士

由于人类生活和工业活动所产生的含油污水数量持续增加,给自然环境以及地球上的各类生物(尤其是海洋生物)造成了巨大的破坏,同时也给人类的经济发展带来了严重的损失。因此,如何经济高效地分离油/水混合物是当今环境与能源安全的迫切需... 详细信息

由于人类生活和工业活动所产生的含油污水数量持续增加,给自然环境以及地球上的各类生物(尤其是海洋生物)造成了巨大的破坏,同时也给人类的经济发展带来了严重的损失。因此,如何经济高效地分离油/水混合物是当今环境与能源安全的迫切需要。本文制备了具有pH响应性的智能聚苯乙烯(PS)纤维膜以分离不互溶的油/水混合物,同时研究了可显著降低原油粘度的碳纳米管/还原氧化石墨烯(N-CNT/RGO)球状气凝胶用于高粘度原油的吸附,这对含油污水的处理极具理论意义与应用前景。1、通过静电纺丝的方法,依据不良溶剂所致的相分离原理,制备了一种串珠状多孔PS纤维膜。对串珠状多孔PS纤维膜进行表面官能化预处理后,通过亲疏水单体溶液进行紫外(UV)光接枝反应,以在PS纤维表面形成具有可切换浸润性的聚合物层。pH响应型聚二甲氨基丙烯酸乙酯(PDMAEA)和高度疏水型聚丙烯酸十三氟辛酯(PTFOA)使PS膜的浸润性随环境pH值的变化在超亲油性和水下超疏油性之间可逆转换;经油/水分离实验可知,所制备的PS纤维膜可从含油污水中分离出正己烷、异辛烷、十六烷、液体石蜡与植物油等一系列油或有机溶剂,其中正己烷/水混合体系的通量可达10186.8 L m-2 h-1,在重力驱动力下分离效率>99.2%。此外,将所制备的PS纤维膜应用于自主设计的T形管装置,可实现连续的动态油/水分离。2、通过冷冻-干燥与化学气相沉积(CVD)相结合的方式,制备了一种太阳能辅助的高效原油吸附的N-CNT/RGO球状气凝胶。壳聚糖(CS)交联组装的氧化石墨烯(GO)片在冰晶挤压下形成具有中心发散的微通道,这一结构大大缩短了原油在气凝胶内部的扩散路径,有利于实现原油的快速吸附;CS/GO球状气凝胶在900℃高温还原后形成N掺杂的还原氧化石墨烯(RGO),其表现出良好的疏水/亲油性(WCA=140°,OCA≈0°),可有效提升原油的扩散速率;以Ni单质为催化剂在RGO表面生长的CNT,对波长范围为200-2500 nm的太阳光具有强吸收能力,且石墨烯基体在近红外光范围也有较强吸收,故所制得的N-CNT/RGO球状气凝胶具有优异的光热转化效应,可将周围原油加热(室温升至～100℃)以显著降低其粘度(～105 mPa s降至～102 mPa s),进而解决高粘度原油的流动性极差、难以实现高效清理与收集的问题。

关键词：聚苯乙烯纤维膜 pH响应性石墨烯光热转化油/水分离原油吸附

光热TPU基多孔整体材料构筑及其太阳能驱动油水分离特性研究

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光热TPU基多孔整体材料构筑及其太阳能驱动油水分离特性研究

作者：张怡茹郑州大学

学位级别：硕士

近年来,随着全球工业对石油化工产品需求量的不断增加,海上溢油、有机化学品泄漏以及工业含油废水直接排放事件日趋频发,已对水资源、生态环境和人类健康造成极大的危害。如何高效环保地从被污染水体中清除和收集油类及有机污染物已成... 详细信息

近年来,随着全球工业对石油化工产品需求量的不断增加,海上溢油、有机化学品泄漏以及工业含油废水直接排放事件日趋频发,已对水资源、生态环境和人类健康造成极大的危害。如何高效环保地从被污染水体中清除和收集油类及有机污染物已成为迫切需要解决的难题,受到科学界的广泛关注。具有特殊浸润性的三维多孔油吸附材料凭借环境友好、分离效率高、操作简单、可循环使用、油品可回收等优势,从众多吸附材料中脱颖而出,成为油水分离领域的研究热点之一。其中,聚合物基多孔整体材料因拥有高孔隙率、大比表面积、三维连通多孔结构、疏水亲油等优点,作为油吸附剂展现出良好的油水分离性能和应用前景。然而针对高粘度原油,由于原油的低流动性使其在多孔结构中的扩散过程缓慢,导致多孔整体材料的原油/水分离能力非常有限。鉴于此,基于原油粘度对温度的高度依赖性,本文通过赋予聚合物基多孔整体材料优异的光热转换能力,使材料能够将吸收的太阳光直接转化为热能,再通过原位热量传递显著降低水面浮油粘度,实现高粘度原油和水的高效选择性分离。首先,采用热诱导相分离法制备出热塑性聚氨酯(TPU)多孔整体材料,作为复合多孔整体材料的柔性基体。再以光热转换性能优异的还原氧化石墨烯(rGO)作为表面光热层材料,基于简单浸涂法以及后续氟硅烷(FAS)疏水改性,构筑光热F-rGO@TPU多孔整体材料。随后借助扫描电子显微镜、全自动压汞仪、万能试验机、紫外-可见-近红外分光光度计、红外热成像仪等实验仪器,对材料的微观结构、力学性能、光热转换能力和太阳能驱动原油/水分离性能等进行了细致研究。研究结果表明:(1)F-rGO@TPU多孔整体材料整体呈现三维连通的分级多孔结构,rGO均匀包覆在多孔骨架表面,孔隙率高达87.4%;(2)F-rGO@TPU多孔整体材料拥有超疏水/超亲油特性(水接触角为153°,油接触角为0°),对各种低粘度油/有机溶剂均表现出优越的分离选择性(分离效率高于99.3%)和较高的饱和吸附容量;(3)在经历1000次大应变(80%)循环压缩试验后,F-rGO@TPU多孔整体材料仍能回复至原始形状,显示出优良的可逆压缩性和抗疲劳性,因此可以利用挤压方式循环吸附不同种类的油品;(4)紫外-可见-近红外吸收光谱测试结果证明,F-rGO@TPU多孔整体材料具有极佳的全太阳光谱吸收能力,平均光吸收率高达96.0%。在1.0 k W/m模拟太阳光照射下,多孔整体材料表面温度可以快速从室温升至80℃,并且在多个开/关灯循环过程中保持良好的稳定性,展现出优异的光热转换能力;(5)通过连接泵辅助吸附装置,F-rGO@TPU多孔整体材料能够对原油/水混合物进行连续快速的选择性分离,展现出优良的太阳能驱动原油/水分离性能。在模拟太阳辐照下(1.0 k W/m),材料连续吸附原油通量可以达到510 kg/(m·h),与无光照条件时相比提高了29倍。随后,为了进一步提升多孔整体材料的光热转换能力并使其便于回收,在表面rGO光热层中引入磁性四氧化三铁(FeO)纳米颗粒,再利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行表面疏水改性和封装,构筑超疏水光热P-FeO/rGO@TPU多孔整体材料,并对材料的微观结构、磁学性能、光热转换性能以及太阳能驱动原油/水分离性能进行了深入研究。研究结果如下:(1)与F-rGO@TPU多孔整体材料相比,P-FeO/rGO@TPU多孔整体材料也具有三维连通的分级多孔结构,rGO和FeO纳米颗粒均匀附着在多孔骨架表面,虽然孔隙率略微下降(85.3%),但是仍表现出良好的油吸附性能;(2)在外加磁场的磁力驱动下,P-FeO/rGO@TPU多孔整体材料不仅可以被快速回收,而且能够在水面上实现油污的精准吸附;(3)基于rGO和纳米FeO的协同效应,P-FeO/rGO@TPU多孔整体材料的光热转换能力获得进一步改善,全太阳光谱吸收率提升至98.0%;(4)在模拟太阳辐照条件下(1.0 k W/m),借助泵辅助吸附装置,P-FeO/rGO@TPU多孔整体材料的原油通量高达878 kg/(m·h),展现出更加优越的太阳能驱动原油/水分离能力。

关键词：多孔整体材料光热转换磁性热塑性聚氨酯还原氧化石墨烯四氧化三铁纳米颗粒原油吸附

聚苯硫醚基复合纤维膜的制备及其油水分离应用研究

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聚苯硫醚基复合纤维膜的制备及其油水分离应用研究

作者：王港青岛大学

学位级别：硕士

海上含油废水排放和原油泄漏事件频发,由于缺乏高效可靠的吸附材料,导致在苛刻环境中实现有效清理仍然是一个巨大的挑战。膜过滤技术因其过滤效率高、制备费用低而引起广泛关注。膜材料是一种常见的多孔吸附材料,通常情况下多孔吸附材... 详细信息

海上含油废水排放和原油泄漏事件频发,由于缺乏高效可靠的吸附材料,导致在苛刻环境中实现有效清理仍然是一个巨大的挑战。膜过滤技术因其过滤效率高、制备费用低而引起广泛关注。膜材料是一种常见的多孔吸附材料,通常情况下多孔吸附材料需要通过疏水化学物质的修饰来赋予其低表面能。所制备的亲油材料在不破坏环境的情况下,由于范德华力和毛细效应,能够有效地原位吸收水面或油水混合物中的油类物质,是一种理想的溢油修复材料。然而,传统膜材料耐腐蚀性差,制备工艺复杂,应用范围受到限制。此外,原油在常温下粘度较高,使得常规吸附材料在实际应用中的吸附效率会受到限制。因此,设计一种具有加热性能和优异耐化学性的新型膜材料,用于苛刻环境原油泄漏的吸附和油水分离仍然是一个紧迫的挑战。基于以上问题,本文的研究内容如下:(1)以聚苯硫醚(PPS)树脂为原材料,采用熔喷工艺制备了高性能疏水性聚苯硫醚纤维膜,将全氟癸基三乙氧基硅烷通过气相沉积法对膜进行疏水改性处理,获得疏水性PPS纤维膜。对膜的微观形貌结构、拉伸性能、化学组成、表面疏水性进行表征;探究膜在水下的油液吸附能力,包括重油和轻油;利用重力驱动装置,探究膜油水混合液的分离能力。(2)通过沉积工艺和喷涂工艺将PPS纤维膜与还原氧化石墨烯/MXene结合制备了一种具有优异耐腐蚀性的PPS复合纤维膜(rGM@PPS)。同时在焦耳加热和太阳光加热的辅助下,可实现全天候快速清理原油,对原油的吸附效率提高97%以上。更重要的是,在强酸强碱等苛刻条件下,复合膜仍能保持优异的油水分离性能。由重力驱动的二氯甲烷/水分离通量达到11,502 L·m·h,分离效率高达99.98%。复合膜还具有优异的光热转换性能,可实现高效太阳能驱动水蒸发,蒸发速率达1.235 kg·m·h。此外,还探究了复合膜的电磁屏蔽性能,双层叠加膜的屏蔽效率达到61.9 dB。这种坚实可靠的多功能复合纤维膜为苛刻环境中高效清理原油、油水分离、水蒸发和电磁屏蔽提供了一种先进的方法。(3)为获得机械性能更好、通量更高复合纤维膜,以石墨烯为基体,MXene和CNTs为协同增强填料,采用复合增强法构建了高性能石墨烯基复合膜(rGMC@PPS)。CNTs作为桥梁连接GO和MXene,确保在恶劣环境条件下的运行稳定性。增强填料使膜具有较强的界面结合性,使得rGMC@PPS表现出优异的机械性能,CNTs的加入使得复合膜的抗拉强度得到提高。采用共混的方式制备复合膜,减少了喷涂法堵塞孔道的情况,在处理含油废水方面表现出极高的通量。使用重力驱动装置进行二氯甲烷/水分离时,复合膜的通量达到21003 L·m·h,分离效率达到99.96%。此外,得益于柔软的结构和强导电性,该膜可以作为智能可穿戴传感器来监测人体运动的变化。本研究创新性地利用GO和MXene使CNTs良好的分散开来,并且CNTs的管状结构可以在GO和MXene之间起到桥接作用,增加了导电通路,提高导电稳定性,改善了层间结合。

关键词：多功能纤维膜聚苯硫醚原油吸附油水分离耐腐蚀性

MXene改性聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能的研究

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MXene改性聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能的研究

作者：宫成天津大学

学位级别：硕士

随着世界工业的快速发展,人类对于石油等化石能源的需求越来越大。由于全球的石油资源分布不均,使得石油在开采和运输过程中不可避免地发生溢油事故,事故中产生大量的含油废水对生态环境造成严重破坏。目前理想的解决方案是使用多孔材... 详细信息

随着世界工业的快速发展,人类对于石油等化石能源的需求越来越大。由于全球的石油资源分布不均,使得石油在开采和运输过程中不可避免地发生溢油事故,事故中产生大量的含油废水对生态环境造成严重破坏。目前理想的解决方案是使用多孔材料对溢油进行吸附和回收。传统的吸附材料吸附速度慢、吸附量低而且无法高效地吸收高粘度原油,这限制了其实际应用。本研究使用MXene(TiCT)改性聚氨酯海绵(PU)制备的吸附剂成功地实现了快速的油水分离和高粘度原油的吸收。通过多次浸渍法实现了TiCT与PU海绵的负载(TiCT@PU)。TiCT表面的-F官能团赋予TiCT@PU优异的亲油疏水性能。TiCT@PU对水的接触角为122±3°,对植物油的接触角为0°。其对油品和有机溶剂的吸附量为22.8-42.5 g g。由于TiCT@PU具有优异的力学性能,在吸附之后可以通过机械挤压法进行溢油回收。在循环使用10次之后,依然能够保持吸附性能。之后,对TiCT@PU进行抗酸碱和盐溶液腐蚀的性能进行了研究,结果表明其在12 h的腐蚀处理后仍能保持疏水性能,这使其可以适应极端的工作环境。TiCT@PU在100 m W cm的光强下温度可稳定在75°C,在通电的情况下温度可达120°C,在光-电耦合加热的模式下可以以更低的能耗获得稳定的温度。TiCT@PU通过加热可以有效的将原油粘度降低到1000 m Pa s以下,最大吸附量可达48 g g。在循环吸附5次之后原油回收率仍能保持在80%以上。并且在酸碱和盐溶液腐蚀之后仍能保持性能稳定,这使其具有广阔的实际应用前景。

关键词： MXene 聚氨酯海绵光加热电加热油水分离原油吸附

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新型界面光热转换材料的制备及其应用研究

新型界面光热转换材料的制备及其应用研究

作者：王凯厦门大学

学位级别：硕士

界面光热转换是一种有效利用太阳能的新策略。研究人员们对界面光热转换材料进行了大量的研究,然而当前的界面光热转换材料仍然存在低效率、高成本、不耐用、生物相容性差和应用比较单一等问题,这些都限制了其大规模的实际应用。本论文... 详细信息

界面光热转换是一种有效利用太阳能的新策略。研究人员们对界面光热转换材料进行了大量的研究,然而当前的界面光热转换材料仍然存在低效率、高成本、不耐用、生物相容性差和应用比较单一等问题,这些都限制了其大规模的实际应用。本论文从两个不同的材料体系研究了新型的界面光热转换材料:(1)光热海绵以海绵为基底,通过简单的浸渍涂覆和一步还原的方法将薄层的还原氧化石墨烯和银纳米粒子组装到海绵的三维骨架上,制备成光热海绵。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、水接触角(WCA)和紫外可见近红外光谱(UV-vis-NIR)对材料进行了表征。结果表明,改性后的海绵保持了原始海绵的多孔网络结构,而且原始海绵的二级结构也没有被破坏;海绵骨架上涂覆了一薄层的还原氧化石墨烯和均匀分布的单质银纳米粒子;银纳米粒子为单质银;光热海绵呈疏水性(水接触角为130°);光热海绵在250-2500nm范围的太阳光谱中表现高吸收和抗反射特性;在一个太阳光照下,自漂浮在水面上的光热海绵的蒸发速率高达1.21 kg m-2 h-1,水的蒸发效率可高达86.8%,并且表现出良好的耐用性,重复使用10次,性能没有明显变化;同时,研究结果表明该疏水光热海绵对有机溶剂和低粘度油具有出色的吸附能力(54.0-123.0g/g);在一个太阳下照射5分钟,光热海绵可以通过加热原油降低其粘度,实现对原有的回收,对重质原油的吸附高达68.0 g/g,是没有太阳光照时的7.5倍。(2)光热水凝胶将石墨粉(GP)和聚乙烯醇(PVA)简单地物理混合,然后通过冷冻交联制备成光热水凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、流变仪、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、动态溶胀实验和紫外可见近红外光谱(UV-vis-NIR)对材料进行了表征。结果表明,所制备的水凝胶具有丰富的毛细管网络结构和交联的聚合物骨架,GP渗透在网络骨架中;通过改变石墨粉和PVA的比例可以调节光热水凝胶的水管理和水迁移能力;适量的石墨粉添加量可以实现对太阳光谱的宽带高吸收;在一个太阳光照下,将亲水性水凝胶和二维供水部件组合成一体式结构,水蒸发速率高达1.74kg m-2h-1;光热水凝胶可以在不同水环境中实现高的清洁水生产率;水凝胶中水的高速蒸发归因于其蒸发焓明显小于纯水的蒸发焓。

关键词：光热转换海绵水凝胶界面蒸发原油吸附