超亲水SiO2纳米纤维多孔膜的可控制备及其微乳液分离应用

摘要

目前随着严格的环境保护规章制度的出台及人们环保意识的加强，面对油水污染这一难题，迫切需要一种能够有效地分离油水混合物的方法，尤其是工业含油废水、被污染的海洋水、油污混合物及加有表面活性剂的含油污水。撇油器、离心机、浮选深度过滤器、聚结器等传统方法对油水两相混合物具有较好的分离效果，但对油水微乳液的分离效果较差，尤其是粒径小于20μm的并含有表面活性剂的乳液。在油水乳液型污染废水处理方面，以聚合物为主体的膜分离技术因其经济效益高、处理的工业废水类型多等特点引起人们极大的关注。虽然油水膜分离技术具有众多优势，但是它们在使用过程中存在所需驱动压力大、分离通量低、耐高温性差、表面易被污染阻塞等问题，严重的影响油水污染的处理效率。
　　本研究拟通过将静电纺丝技术与原位聚合方法相结合，采用合成的苯并噁嗪单体（BA-CHO）与二氧化硅纳米颗粒（SiO2 NPs）对静电纺二氧化硅纳米膜进行浸渍处理，并对处理后的纤维膜进行原位热固化交联及高温煅烧，使SiO2 NPs均匀分散粘结在二氧化硅纳米纤维表面，制备得到一种的具有多级孔隙结构的超亲水、水中超疏油的改性二氧化硅纳米纤维膜（SNF）。该膜仅在重力驱动下能够实现对含表面活性剂的水包油型微乳液的高效快速分离，并且存在分离通量高、机械强度大、耐高温性能好、循环使用寿命长等优点。
　　通过本课题的研究，我们成功制备了一种超亲水、水中超疏油的无机 SiO2纳米纤维膜，数据结果表明，改性溶液中 BA-CHO与SiO2 NPs的添加量是影响纤维表面润湿性的关键因素。具体实验结果显示，通过使用含1wt％ BA-CHO与2wt％ SiO2 NPs的改性溶液浸渍改性并进行热固化交联与高温煅烧处理所得纤维膜材料表现出优良的表面润湿性能，水中疏油角高达161°，且滚动角仅为4.2°。同时，所得纤维膜材料具有优良机械性能，拉伸强度为5.06MPa，断裂伸长率为2.3％。此外，该纤维膜还具有良好的耐高温性能，经600℃处理30min后，纤维膜仍具有优良的水中疏油性能，水中疏油角高达159°。将改性后的纤维膜在自组装的过滤装置中进行油水乳液分离性能测试，结果表明该分离膜的重力驱动通量高达2237±180Lm-2h-1，且该分离膜具有良好的抗污性及循环使用性能，因此在油水乳液分离方面具有广阔的应用前景。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 膜分离技术简介

1.3 膜材料超亲水改性技术简介

1.4 静电纺丝技术

1.5 本课题的研究依据和内容

第二章 改性无机SiO2纳米纤维膜的制备与表征

2.1 前言

2.2 实验原料和实验设备

2.3 实验内容

2.4 结构表征与性能测试

2.5 本章小结

第三章 改性SiO2纳米纤维膜性能分析研究

3.1 前言

3.2 BA-CHO的表征与测试结果

3.3 改性SiO2纤维膜的结果与分析

3.4 超亲水及水中超疏油原理分析

3.5 本章小结

第四章 SiO2NPs修饰的SiO2纳米纤维膜的乳液分离应用性能研究

4.1 前言

4.2 改性SiO2纳米纤维膜的耐高温性

4.3 改性 SiO2纳米纤维膜在水包油型乳液分离的应用

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间取得的学术成果

致谢