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《西南交通大学》 2017年
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3D打印超疏水超亲油多孔膜及其在油水分离中的应用

吕娟  
【摘要】:近年来,随着原油泄漏事故的频繁发生,工厂含油废水的大量排放,油水污染物严重影响了生态环境以及人们的生产与生活,因此治理油污染废水非常紧迫。膜分离法由于其分离过程属于物理作用无相变化,能耗低且分离装置简单易设计,选择性好等优点,成为油水分离常用的方法之一,而分离效果如何关键在于膜材料的选择,具有超疏水超亲油性的材料由于其对油水存在的特殊界面性质,备受人们关注。因此本论文利用简单、高效的3D打印方法制备了能够阻碍水通过允许油通过的超疏水-超亲油多孔膜,并实现了对多种油水混合物的分离。基于多孔超疏水超亲油多孔材料的传统制备方法,常常需要复杂的处理才能在多孔网格上构建出微纳米结构,因此超疏水膜表面容易形成不均匀的膜孔且其机械稳定性较差,因此我们提出了 3D打印这种简单和环境友好的方式,通过用疏水的纳米二氧化硅填充PDMS制备墨水,再将配置的墨水通过3D打印技术实现有序多孔结构的超疏水超亲油膜的制备,最后用于油水污染物的分离。纳米粒子的填充能够改变墨水的机械强度,据此调节墨水的流变性能,以确保通过3D直写能够制备出不会坍塌的多孔膜结构。在通过调整打印的线间距在膜表面形成亚毫米的粗糙结构,特殊润湿性的超疏水超亲油PDMS膜由此而获得。不仅如此,3D打印方式是直接在打印的多孔框架上形成超疏水表面,这种方式成功的避免了传统的制备"超疏水网格+涂层"表面,涂层与基底之间机械稳定性差的问题。此外,通过电脑程序打印的膜孔尺寸容易被调整进而调节液体流量和分离效率,以多种油进行了油水分离测试,水油按一定的体积比进行了油水分离实验,在~0.37 mm孔径的膜油水分离最高效率达到99%以上,几乎完全将油水分离,并且具有~23700 L/m~2·h高的流通量;此膜也能对不同酸碱性水/油混合物进行分离,其分离效率也在85%以上。以上测试结果表明,我们自主研发、设计、制备的用于油水分离的超疏水超亲油膜,不仅摆脱了其它制备超疏水多孔膜的复杂过程,而且其制备方便、快捷;而且制备的膜机械稳定性好,油水分离效率高,这对于将其应用于解决实际的含油废水污染问题,特别是对于解决浮油污染问题有着重要意义。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X703

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