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环境响应型纺织基吸附材料用于高效油水分离的研究

蒋约林  
【摘要】:当今世界经济飞速发展,能源大量消耗,同时也产生了大量的环境问题,其中,原油泄漏和含油污水的大量排放导致的水体浮油污染是急需解决的问题。目前的油水分离材料存在技术复杂、生产成本高、效率低、带来二次污染等问题。从原理上分析,油水分离属于界面科学的范畴,利用材料的浸润性质来实现油水分离成为了一个重要的研究方向。基于此,本论文利用原子转移自由基聚合技术(ATRP)制备了具有智能响应性的纺织基油水分离的材料,具体内容如下:(1)棉织物表面氨基化方法优化:纤维素类纤维表面虽然富含羟基,但羟基反应活性低,本论文通过三种方法在棉织物表面引入氨基:氨基硅油整理法、含氨基硅氧烷整理法,含氨基活性染料中间体整理法。通过红外(IR)、紫外(UV)、扫描电镜(SEM)、视频接触角仪(CA)等方法考察氨基功能化后棉织物的物理化学性能,结果表明三种方法均能在织物上产生大量的氨基,并且氨基密度可控。通过考察织物的氨基含量、水洗稳定性、柔软度、白度及力学性能,对三种功能化方法进行比较并优选出活性染料中间体整理法为最佳方法。此方法可使纤维表面获得大量氨基,同时还可以维持棉纤维表面形貌及其柔软透气等优异性能。(2)pH响应型吸附材料的制备与应用:采用原子转移自由基聚合技术在氨基化棉织物表面接枝具有pH响应性的聚甲基丙烯酸(PMAA),采用SEM、IR和CA等分析技术对棉织物接枝前后的表面形貌、化学结构以及pH响应性质等进行了研究。通过接触角测试发现,当pH从1增加到13,改性棉织物的接触角从150°下降到0°,而润湿时间相应地从120 s降低到0 s,实现了亲疏水的转变。将该织物浸入油水混合物时,能在低pH下选择性吸油,在高pH下选择性吸水,从而实现高效的油水分离。(3)pH、温度双响应型吸附材料的制备与应用:为了进一步提高油水分离的效率和扩大应用环境的范围,通过ATRP技术在棉织物表面接枝了具有pH和温度双响应性的聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)。采用SEM、IR和CA等分析技术对棉织物接枝前后的表面形貌、化学结构以及pH响应性质和温敏响应性能等进行了研究。结果表明,该接枝织物具备温度和pH的双重响应性能,织物转变的pH为5~7,pH为6.5时最低临界相转变温度(LCST)约为40~50 oC。接枝织物在pH为1时可以在油中吸水;在pH为13时,可以在水中吸油。在高pH下,织物在水中吸油的质量接近本身质量的4倍,而在低pH下,织物吸附的油能脱吸附,利于织物的重复利用和油的回收。


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