pH响应性多级结构油水分离材料的制备及其应用

摘要

随着海上石油开采需求不断提高，现代化工业迅速发展，油田泄露事件以及工业生产中有机物的不适当排放现象频频发生，对生态环境造成严重污染，甚至威胁到人类的健康。传统的油水分离技术和油水分离材料循环使用率低，分离效果差，残留率高，分离体系单一，不能满足复杂体系油水分离的应用需求，因此开发一种快速、高效且具有浸润性智能响应型油水分离材料具有广泛的应用前景。 本文以苯胺为单体，利用其可逆的掺杂与去掺杂特性，采用原位化学氧化聚合法一步制备具有微/纳多级结构的聚苯胺(PANI)复合材料。运用控制变量法探讨了氧化剂用量、苯胺浓度、掺杂酸浓度、聚合温度等因素对PANI复合材料浸润性、微观形貌的影响。利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)等仪器对所制备的PANI复合材料的结构、浸润性、微观形貌进行了表征和分析，确定制备高疏水性PANI微/纳多级结构复合材料的最佳制备条件。 采用上述制备工艺，在聚酯筛网、海绵、棉花、棉织物多种材料表面原位聚合苯胺，得到PANI油水分离复合材料。该材料具有pH智能响应性，超疏水-超亲油性的PANI复合材料在pH=13的体系中可以快速切换为超亲水-水下超疏油性，在酸性条件下，材料可以快速恢复为超疏水-超亲油性，因此能够选择性的进行油水分离，可以成功分离油/水/油三相复杂体系。PANI/海绵复合材料能快速吸收不同类型的油品，对油品的吸油能力最高可达95g/g，吸油速率快，循环使用20次后，吸油能力仍可达到72g/g。该材料表面油品粘附力低，不通过外力挤压即可将吸收的油品释放出去，油品回收简单，具有抗污染性。考察热水、冷水和盐水对材料的浸润性，PANI多级结构复合材料均表现出优异的稳定性，在恶劣的外部环境中可以广泛使用。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1表面润湿理论

1．2自然界中微纳多级结构超疏水表面

1．2．1荷叶

1．2．2蚊子复眼

1．2．3水稻

1．2．4水黾

1．3复合材料仿生超疏水表面的制备方法

1．4具有特殊浸润性的油水分离材料

1．4．1超疏水-超亲油材料

1．4．2超亲水-超疏油材料

1．4．3超亲水-水下超疏油材料

1．4．4智能响应性油水分离材料

1．5 PANI的结构及导电机理

1．6论文研究目的与内容

第2章实验部分

2．1实验试剂与仪器

2．1．1实验试剂

2．1．2实验仪器

2．2实验部分

2．2．1掺杂酸的选择

2．2．2 PANI／PTFE复合材料的合成

2．2．3 PANI油水分离复合材料的合成

2．3 PANI复合材料的表征方法

2．3．3电导率的测试分析

2．3．4静态水接触角测试

2．3．8 PANI复合材料油水分离测试

2．3．9 PANI复合材料吸油能力和重复使用测试

2．3．10 PANI复合材料通量测试

2．4本章小结

第3章PANI／PTFE复合材料的性能研究

3．1 PTFE基膜的表征

3．2．2 PANI／PTFE复合材料的XRD谱图分析

3．3氧化剂用量对PANI／PTFE复合材料的性能影响

3．4苯胺用量对PANI／PTFE复合材料的性能影响

3．5全氟辛酸用量对PANI／PTFE复合材料的性能影响

3．6温度对PANI／PTFE复合材料的性能影响

3．7本章小结

第4章PANI复合材料油水分离的性能研究

4．1 PANI／聚酯筛网复合材料红外光谱分析

4．2 PANI复合材料表面润湿性能分析

4．3 PANI复合材料表面微观形貌分析

4．4．1 PANI复合材料的两相油水分离

4．4．2 PANI复合材料的三相油水分离

4．4．3 PANI复合材料的pH响应机理

4．5 PANI复合材料表面稳定性分析

4．6 PANI复合材料的抗污性测试

4．7 PANI复合材料的吸油能力测试

4．8 PALM复合材料的通量测试

4．9本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得科研成果及发表的论文

致谢