油水分离滤纸及吸油聚合物制备及其性能研究

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全球范围内,石油产品的使用量在不断增加,与此同时在其运输、加工、开采等环节中,不断有原油和石油加工品泄露。而少量泄露也会对当地的生态系统带来毁灭性打击。利用超疏水亲油材料进行油水分离和利用吸油聚合物把油污吸附是解决该问题最常用的方法。超疏水材料是指水的接触角大于150°,并且水的滚动角小于10°的材料。而这主要取决于材料的化学组成和表面几何形貌。吸油聚合物是一类具有大量亲油基团的低交联聚合物。现有绝大部分的超疏水材料由聚合物或者无机金属氧化物材料制成。聚合物在油性液体中,容易溶胀或溶解,而无机金属氧化物则对饮用水有一定毒性。本论文利用浸泡提拉法在滤纸表面吸附大量二氧化硅纳米微球,开发了一种易于调节表面能、能稳定分离油性液体超疏水亲油滤纸。利用自由基聚合和离子自组装法制备了丙烯酸型吸油材料有效的吸附了多种液体。研究了制备条件与材料润湿性能的关系和规律,并探索了两种材料应用于分离不同表面张力液体的可行性。主要研究内容和结论如下:1.通过控制搅拌速率和反应物浓度,可以利用Stober法制得不同粒径的二氧化硅纳米微球。采用不同粒径二氧化硅纳米微球、不同浸泡方法和烷基硅烷修饰能制备得到超疏水亲油滤纸。把滤纸浸泡在粒径176nm二氧化硅纳米微球中四次,并采用十八烷基三乙氧基硅烷修饰可以制得具有超疏水性能的滤纸,水的接触角为151.5°,滚动角为12.1°。2.采用该滤纸分离不互溶的水-辛烷体系,分离后水中辛烷含量低于5wt%;分离辛烷含量低于60wt%的辛烷-乙二醇体系,分离后乙二醇中辛烷含量也低5wt%;但是该种滤纸对于互溶的水-甲醇体系分离能力很低。3.利用自由基聚合制备了多种丙烯酸型的吸油共聚物,考察了不同丙烯酸酯和苯乙烯配比、交联剂用量、不同丙烯酸酯烷基侧链长度、被吸附液体极性对共聚物吸油性能的影响。当丙烯酸十八酯和苯乙烯摩尔比为5:5时,共聚物对液体的吸附能力最强;交联剂摩尔含量0.5%时,共聚物吸油能力最强;随着侧链烷基链长度增加,共聚物吸油性增强;对不同的液体,多种丙烯酸型共聚物的吸油率随着液体极性的增大而先升高后降低,对四氢呋喃的吸附量最大。所制备的丙烯酸型吸油聚合物对于煤油-水混合液的吸附率介于煤油和纯水之间,具有可重复使用性。4.采用十六烷基三甲基溴化铵和双十六烷基双甲基溴化铵,利用离子组装法制备了两种丙烯酸型的吸油聚合物。聚合物的吸附率随着液体极性的增加先升高后降低,对四氢呋喃的吸附量最大。由双十六烷基双甲基溴化铵组装得到的聚合物具有较低的结晶温度和更多的吸油长链烷基侧链,其吸附率高于由十六烷基三甲基溴化铵组装得到的聚合物。聚合物对四氢呋喃的吸附率在浸泡7天后仍保持稳定。
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