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偏高岭土基地质聚合物膜的制备及其在环保领域的应用

王杰挺  
【摘要】:地质聚合物是一种由无定型的氧化铝或氧化硅在激发剂条件下发生缩聚反应生成具有硅氧四面体与铝氧四面体的三维凝胶结构的无机聚合物。而多孔地质聚合物则是利用各种造孔手段在地质聚合物内部或外部形成的具有多孔结构的新型材料。目前针对多孔地聚物的制备、表征及性能已经有了大量研究,对于其应用仍然有待开发。本研究通过增韧剂EW乳液与偏高岭土基多孔地质聚合物进行复合制备得到了 EVV-MK地质聚合物复合膜,该体系仅通过控制水量即可得到多孔结构。通过SEM、XRD、BET表征了多孔复合膜的结构,使用万能压力机检测了复合膜材料的力学性能,用水通量测试考察了膜的透过性能。通过过滤含PEG、浊度和染料的人造废水,考察了复合膜的截留性能。此外,本实验运用界面化学的原理一步成型制备得到了可用于空气中细颗粒物(PM)过滤的具有梯度多孔结构的管式膜。并通过SEM、XRD、压汞仪表征了多孔膜的梯度结构,使用万能压力机与空气流量计分别表征了膜的力学性能与透过性能,并采用PM模拟过滤装置和颗粒计数器对管式膜去除PM性能做了表征,用TG-DSC热分析表征了管式膜的热稳定性以及PM负载量,最后运用SEM与EDS对管式膜去除PM的机理进行了研究。主要研究结果如下:(1)增韧剂EVV乳液可有效提高偏高岭土基地质聚合物的韧性。通过EVV含量约1.0 wt%即可提升偏高岭土基地质聚合物抗压强度约25%,抗弯强度约50%。制备得到自支撑EVV-MK复合膜具孔径集中在50nm,对PEG、浊度、染料具有较高的截留效率且具有较高的通量。(2)多孔地质聚合物梯度结构可由控制双氧水含量、添加表面活性剂、控制模具表面的亲疏水性得到。偏高岭土基地质聚合物体系中,以双氧水为发泡剂,十二烷基磺酸钠为表面活性剂,可得到均匀的发泡多孔结构;膜表面在光滑模具接触面上会形成致密结构,即形成梯度多孔结构。(3)多孔地质聚合物梯度管式膜在0.9wt%双氧水添加量的最优条件下具有67.6%的孔隙率,PM过滤实验表明膜对PM2.5与PM10的处理效率分别达到了 98.5%和99.3%,并且可循环使用。


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