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改性硅藻土稳定的Pickering乳液及其聚合的研究

白云刚  
【摘要】:本论文以改性硅藻土替代传统的表面活性剂来调控稳定的Pickering乳液,并以此Pickering乳液为模板,通过自由基聚合,制备不同结构的复合物微球、两亲性凝胶以及絮凝材料,系统研究硅藻土基Pickering乳液对聚合产物微观结构及性能的调控作用。具体的研究内容及结果如下:第一,以疏水改性的硅藻土颗粒替代传统的小分子表面活性剂,通过一步乳化法制备了稳定的硅藻土基油包水包油(O/W/O)型多重Pickering乳液,并通过乳液聚合制备了多孔的复合物微球。系统研究了粒子浓度以及油水体积比对多重乳液形貌及稳定性的影响。结果表明,随着硅藻土粒子浓度的增加,乳液液滴尺寸减小,乳液体系的粘度增加;随着水相体积比增加,乳液液滴尺寸增加;根据实验结果提出了硅藻土稳定多重乳液的可能机理。第二,以乙二醇/水的二元混合溶液为分散相,以改性硅藻土稳定的油包水(W/O)型Pickering乳液为模板,分别在分散相以及连续相中引入可聚合单体,通过自由基聚合,制备了耐低温的两亲性有机水凝胶。研究了乳液体系与有机水凝胶结构及性能的关系。结果表明,以两亲性的PEGDA作为交联剂,得到的有机水凝胶具有双连续的网络结构。由于双连续网络的相互作用及乙二醇的引入,提高了有机水凝胶的抗冻性能以及质量稳定性,使有机水凝胶在-40℃到60℃之间保持了稳定的弹性和可压缩性能。同时,有机水凝胶的双连续网络结构中,亲水性网络与亲油性网络的相互作用改善了有机水凝胶的机械性能,使其具有优异的压缩循环性能和抗疲劳性能。第三,以改性硅藻土稳定的水包油(O/W)型Pickering乳液为模板制备了不同表面润湿性的复合物微球。研究了改性硅藻土粒子初始分散场所对复合物微球表面组成及润湿性的影响。结果表明,分散在水相的硅藻土颗粒稳定的Pickering乳液制备得到的微球表面相对光滑,XPS结果显示复合物微球表面的硅藻土含量仅为0.2%,复合物微球表现出超疏水的特性,水接触角为151°。而硅藻土颗粒分散在油相中稳定的Pickering乳液制备得到的微球表面被硅藻土颗粒包覆,形成表面粗糙的核壳结构硅藻土/聚合物复合微球,复合物微球表面的硅藻土含量为4.8%,复合物微球表面水接触角为88°,而且具有水下超亲油的特性。硅藻土/聚合物复合微球独特的表面润湿性可以用于水包油乳液的破乳分离。第四,以改性硅藻土稳定的W/O型Pickering高内相乳液为模板,在乳液的水相中加入丙烯酰胺、乙烯基咪唑以及交联剂,制备了多功能复合物微球。结果表明,得到的硅藻土/聚合物复合微球表面油的接触角为0°,而且由于复合物微球中聚合物的亲水性,油下的水滴能够被复合物微球吸附,从而表现出对水的选择性去除,可以实现油水乳液的破乳分离。同时,由于在复合物微球中引入了可与重金属离子以及阳离子染料发生络合作用的咪唑基团,复合物微球在进行油水乳液分离的同时,可以去除乳液中的重金属离子以及染料等污染物。实验结果表明,复合物微球的油水分离效率高于99.92%,染料以及重金属离子的去除率大于99.6%。第五,以改性硅藻土替代小分子表面活性剂,调控稳定的W/O型Pickering乳液,然后进行Pickering乳液聚合制备高分子絮凝脱水剂,并进行絮凝脱水性能的研究。结果表明,硅藻土基两性离子型絮凝脱水剂对油基泥浆表现出优异的絮凝脱水性能,当两性离子型絮凝脱水剂的用量为7 kg/t绝干泥时,污泥的滤水值由原来的212 g/100s增加到434 g/100s。而且离心脱水后污泥的含水量为48.6%,而板框脱水后污泥的含水量为42.5%。


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