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壳聚糖复合材料的制备及其在油水分离中的研究

段嘉昕  
【摘要】:石油作为一种世界上广泛应用的化石能源,在其开采、运输、贮存以及开发使用中时有泄露发生,不仅直接造成财产损失,还会引起对土壤、水系等自然环境的破坏。因此,探索高效的油水分离方法是有效应对漏油事故,减少财产损失和环境危害的重要技术措施。本文使用不锈钢筛网为基底,以壳聚糖、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛为主要原料,通过刻蚀法、涂覆法等方法制备出一系列的亲水疏油的改性筛网。通过扫描电子显微镜(SEM)对改性筛网的表面微观形貌进行了表征,用OCA20接触角测试仪对改性筛网的静态接触角进行测试。并分别对改性筛网的油水分离性能、可重复使用性能以及耐碱、盐性等性质进行了研究,探讨了不同制备条件和材料润湿性能的联系,研究结果如下:(1)在壳聚糖/氧化铝体系中,水下油滴接触角和分离效率随刻蚀时间先增大后减小,在60min时达到最大值分别为146°和94.28%。油滴接触角和分离效率随壳聚糖浓度先增大后减小,在浓度为0.4wt%时达到最大值146°,分离效率最大为93.28%。油滴接触角和分离效率随氧化铝浓度先增大后减小,在浓度为10wt%时达到最大146°,分离效率最大为93.44%。筛网在碱、盐溶液环境下均具有稳定的水下疏油的性质,并且具有良好的可重复性使用性和分离效果。(2)在壳聚糖/二氧化硅体系中,先涂覆二氧化硅溶胶,再涂覆壳聚糖,为保证不堵塞网孔,控制壳聚糖浓度低于0.36wt%,纳米二氧化硅浓度低于2wt%。结果表明:油滴接触角和分离效率随壳聚糖浓度增大而增大,在0.36wt%时达到最大分别为134°、98.91%。改变涂覆顺序,油滴接触角和分离效率随二氧化硅浓度增大而增大,在2wt%时达到最大分别为142°、99.24%。水下接触角和分离效率随涂覆次数增大而先增大后减小,在涂覆三次时,油滴接触角和分离效率均达到最大,分别为143°、99.43%,显示了疏油性能。(3)在壳聚糖/二氧化钛体系中,先涂覆二氧化钛溶胶,再涂覆壳聚糖,为保证不堵塞网孔,控制壳聚糖浓度低于0.36wt%,纳米二氧化钛浓度低于2wt%。结果表明:水下接触角和分离效率随壳聚糖浓度增大而增大,在0.36wt%时,达到最大分别为134°、99.29%。改变涂覆顺序,水下接触角和分离效率随二氧化钛浓度增大而增大,在2wt%时达到最大分别为135°、99.02%。壳聚糖和二氧化钛混合后涂覆制备的筛网,在壳聚糖浓度为0.09wt%与二氧化钛浓度为2wt%共混时,水下接触角和分离效率达到最大为138°和99.13%。(4)在壳聚糖/二氧化硅/二氧化钛体系中,制备的筛网表面具有微纳复合结构。涂覆0.09wt%的壳聚糖和2wt%的二氧化钛共混溶液后再涂覆二氧化硅制备筛网,控制二氧化硅浓度低于2wt%。油滴接触角和分离效率随二氧化硅浓度增大而增大,在二氧化硅为2wt%时,接触角最大为132°,分离效率达到最大为98.72%。涂覆2wt%的二氧化硅后再涂覆0.09wt%的壳聚糖和2wt%的二氧化钛共混溶液制备筛网,测试的接触角为139°,分离效率为99.37%。


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