基于凹凸棒石的超亲水/水下超疏油涂层的制备及性能研究

来源 :常州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_shijiwu
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膜分离技术以其低能耗、低成本成为含油废水处理的理想选择。然而传统的分离膜在分离过程中存在“Tradeoff”效应,分离的选择性和渗透性难以同时得到提升,并且容易因为严重的油污染而致使渗透通量的急剧降低。针对以上问题,本文以凹凸棒石(ATP)为原料制备了具有超亲水/水下超疏油性表面的陶瓷膜,并证明当ATP取向排列形成狭缝型孔道时在渗透性能和分离性能上的优势,最后在玻璃基底上成功实现了ATP的取向排列。主要研究进展如下:(1)通过有机溶剂对ATP进行疏水改性,使改性后的ATP可以在水面形成均匀的膜层,然后将膜层转移到Al2O3基膜上。经过高温烧结后,ATP恢复其亲水性能并且可以牢固负载在Al2O3基膜表面,增加膜的亲水性和表面粗糙度。膜的水接触角为0o,水下油接触角为170o,并且水下油粘附力极弱。此外,针对膜的应用,使用乳化油对膜的渗透性能和分离性能进行了测试。结果表明,对于不同孔径的Al2O3基膜,ATP的负载使膜在分离乳化油时的水通量均得到提高。并且对于乳化油的截留率也会增加至99.90%以上。(2)利用H-P方程,结合已发表的纯ATP膜和类红掌花凹凸棒石(ARATP)膜的论文中的参数,对膜的理论通量和实际通量进行系数校正,校正系数分别为KATP=0.1598,KARATP=0.3420。计算当ATP纳米棒长为1μm,直径为dμm,纳米棒之间狭缝宽度为wμm时,单层以及双层的ATP和ARATP取向排列时形成的狭缝孔膜的孔隙率以及纯水通量的公式。并且对膜的膜层阻力进行计算,通过与已发表文献中陶瓷膜膜层阻力的比较,证明取向孔膜在渗透性能上的优越性。(3)以ATP纳米棒为原料制备悬浮液,引入聚苯乙烯磺酸钠(PSS)促进ATP的分散及稳定性。并且分子模拟结果也表明,适当的PSS可以将ATP之间的斥力增加1.1×10~4 Kcal·mol-1。然后通过滴涂并且蒸发诱导的方法,在玻璃基底上制备ATP层。结果表明,悬浮液的稳定性对ATP的排列效果起着决定性作用。当ATP含量为2mg·m L-1,PSS含量为1 mg·m L-1时,ATP会从空气、悬浮液和基底的三相接触线处开始排列,排列区间宽度可达1.2 mm。在此基础上提出了改进的排列技术“受限蒸发”。受限蒸发过程中,三相线的多次钉扎有利于ATP的排列,定向排列区间可增加至20 mm左右。
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