发泡聚丙烯泡沫对水体中油类污染物的吸附应用研究

摘要

随着现代石油工业和海上油运的飞速发展，各类溢油事故频繁发生，严重影响着我们的生态环境，所以有效的油品吸附技术以及对含油污水净化材料的研究与开发备受关注。本研究所用的发泡聚丙烯泡沫应用性能广泛，但其对油类等污染的吸附性能还有待于研究。本文通过查阅国内外相关的标准以及文献资料，系统、全面的研究了发泡聚丙烯泡沫对水体中油类及液体危化品的吸附性能，并在聚丙烯发泡过程中分别添加一定量的活性炭和陶粉对其进行改性，分析了改性发泡聚丙烯泡沫与未改性泡沫的吸附性能，最后根据发泡聚丙烯泡沫的吸附性能对泡沫的实际应用性能进行了研究，设计了以发泡聚丙烯泡沫为填充材料的油水过滤器。通过实验得出以下主要结论。
　　(1)发泡聚丙烯泡沫的吸油性能受动、静态条件，发泡倍率，油品黏度和温度等因素的影响。相比于静态条件，在动态条件下有利于提高发泡聚丙烯泡沫材料对油品的吸附速率;发泡聚丙烯泡沫的吸油速率和吸油倍率都随着泡沫发泡倍率的增大而增大，发泡倍率为45倍的聚丙烯泡沫对柴油的5 min吸附倍率和1h吸附倍率比10倍的发泡聚丙烯泡沫分别高了2.8 g/g和1.9 g/g;油品黏度也影响着泡沫对油类的吸附性能，油品黏度越低，泡沫对油类的吸附速率越快，饱和吸附时间越短;温度对泡沫的吸油性能有影响，温度越高泡沫在一定时间内的吸油倍率越高，但是温度和油品黏度都不改变泡沫的饱和吸附倍率。
　　(2)发泡聚丙烯泡沫具有良好的油水选择性、重复使用性、持油性和浮水性，对实验所选择的4种油品都具有稳定的吸附倍率，饱和吸附倍率均为9.5g/g左右。发泡聚丙烯泡沫对柴油的吸附过程符合二级吸附动力学方程，通过数据的线性拟合得知泡沫对柴油的饱和吸附倍率为9.5 g/g，饱和吸附时间为22 min。泡沫对水面浮油的去除效果好，在吸油饱和后不下沉。通过对发泡聚丙烯泡沫的吸附机理分析得知，发泡聚丙烯泡沫内部为全开孔的网络状结构，其对油品的吸附为物理吸附，对油品的吸附量主要由表面吸附量和毛细凝结量组成。
　　(3)发泡聚丙烯泡沫对所选择的16种液体危化品除乙二醇和邻苯二甲酸二甲酯以外都表现出良好的吸附性能，对烷类危化品的饱和吸附体积倍数最高，其中对环己烷的吸附体积倍数为15 ml/g，泡沫对醇类危化品的饱和吸附体积倍数相对较低。发泡聚丙烯泡沫对于泄露到水体中的不溶水性液体危化品具有良好的吸附性能，对该类危化品具有优先选择性吸附。发泡聚丙烯泡沫在吸附具有挥发性的液体危化品后，对挥发性组分不具备保持性能，并会加速液体危化品挥发。
　　(4)改性发泡聚丙烯泡沫对油类及液体危化品的吸附倍率发生了较大的变化，其中添加陶粉改性的泡沫材料对油类及液体危化品的吸附倍率最大。
　　(5)发泡聚丙烯泡沫具有良好的破损性能和溶解性能，热重分析表明泡沫材料在温度380℃时开始分解，温度为460℃时基本完成分解，失重率较高，分解了重量的87.47％，材料最终未能分解完全，有残余。发泡聚丙烯泡沫在140℃～180℃之间出现熔峰，熔程较窄，熔点为165℃，热稳定性好。根据发泡聚丙烯泡沫的吸附性能设计的油水过滤设备对含油污水的过滤效果良好。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 水体中油及危化品污染事故的危害及处置方法

1．3 吸油材料的研发与应用

1．4 发泡聚丙烯泡沫材料的性能及应用前景

1．5 研究内容及意义

第二章 发泡聚丙烯泡沫对油类的吸附研究

2．1 材料与方法

2．1．1 泡沫吸附性能指标的确定

2．1．2 实验材料

2．1．3 实验仪器与试剂

2．2 泡沫吸油性能的影响因素分析

2．2．1 动、静态条件对泡沫吸油性能的影响

2．2．2 发泡倍率对泡沫吸油性能的影响

2．2．3 油品黏度对泡沫吸油性能的影响

2．2．4 温度对泡沫吸油性能的影响

2．3 发泡聚丙烯泡沫的吸油性能分析

2．3．1 泡沫的吸附动力学研究

2．3．2 泡沫对不同油品的吸附倍率

2．3．3 泡沫的油水选择性

2．3．4 泡沫的重复使用性能分析

2．3．5 泡沫的保油性能分析

2．3．6 泡沫对水面浮油的去除效果

2．4 发泡聚丙烯泡沫的吸油机理探讨

2．4．1 泡沫扫描电镜结构分析

2．4．2 泡沫吸油机理分析

2．5 本章小结

第三章 发泡聚丙烯泡沫对液体危化品的吸附研究

3．1 材料与方法

3．1．1 危化品种类的筛选

3．1．2 泡沫吸附液体危化品性能指标的确定

3．2 泡沫对纯液体危化品的吸附性能的研究

3．2．1 泡沫对不同液体危化品的吸附性能比较

3．2．2 泡沫对不同种类危化品的吸附效果比较

3．3 泡沫对液体危化品与水混合液的吸附性能研究

3．3．1 泡沫对液体危化品水溶液的吸附实验

3．3．2 吸水饱和后的泡沫对不溶水性危化品的吸附实验

3．3．3 泡沫对水溶性危化品水溶液的吸附实验

3．4 泡沫对挥发性危化品挥发组分的保持性能分析

3．4．1 释放速率实验

3．5 本章小结

第四章 改性发泡聚丙烯泡沫对水中污染物的吸附研究

4．1 改性发泡聚丙烯泡沫的添加材料选择

4．2 改性发泡聚丙烯泡沫对油类的吸附性能分析

4．3 改性发泡聚丙烯泡沫对液体危化品的吸附性能分析

4．4 改性发泡聚丙烯泡沫的吸附性能评价

4．4．1 改性发泡聚丙烯泡沫的扫描电镜分析

4．5 本章小结

第五章 发泡聚丙烯泡沫的应用性能分析

5．1 泡沫吸附油类的实际应用性能分析

5．1．1 泡沫破损性能分析

5．1．2 泡沫溶解性能分析

5．1．3 泡沫的热稳定性研究

5．2 泡沫的吸附装置设计

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文