【摘 要】
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工业含油废水的随意排放和石油泄漏事故的频繁发生,严重恶化了自然水体状况,危及生态系统和人类健康。目前报道的除油方法有撇油器、离心、燃烧、生物降解、浮选、电絮凝和吸附等。但是,上述方法存在能源消耗大、工艺繁琐、二次污染、稳定性分离能力差等缺陷。因此,亟需寻找一种绿色、节能、经济的油水分离方法。近几十年来,随着对仿生学和界面科学的深入研究,超疏水-超亲油材料在油水分离领域受到了广泛的关注。本文使用可再
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工业含油废水的随意排放和石油泄漏事故的频繁发生,严重恶化了自然水体状况,危及生态系统和人类健康。目前报道的除油方法有撇油器、离心、燃烧、生物降解、浮选、电絮凝和吸附等。但是,上述方法存在能源消耗大、工艺繁琐、二次污染、稳定性分离能力差等缺陷。因此,亟需寻找一种绿色、节能、经济的油水分离方法。近几十年来,随着对仿生学和界面科学的深入研究,超疏水-超亲油材料在油水分离领域受到了广泛的关注。本文使用可再生的纤维素基滤纸为基材,采用三种不同的方法在滤纸表面构建了超疏水涂层,并分别对其油水分离效果进行评价。(1)首先通过层层自组装方法在纸基表面原位合成Cu金属有机框架(Cu-MOFs)构建微/纳米级粗糙结构,随后采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对其修饰处理,制备超疏水纸。采用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrometer,XPS)、X射线衍射(X-ray diffractometer,XRD)、傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,ATR-FTIR)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)和水接触角测量(Water Contact Angle,WCA)等方法研究了改性后纸样的表面化学成分、晶型、表面化学官能团、表面形貌和润湿性。研究结果表明,Cu-MOFs微/纳米粒子原位合成所形成的粗糙结构与PDMS低表面能修饰的协同作用是实现超疏水改性的关键。PDMS/(Cu-MOFs)5@paper不仅具有自清洁、抗菌和超疏水/超亲油性能,而且对油水混合物和油包水乳液具有良好的油水分离性能。此外,得到的超疏水纸具有良好的机械和化学稳定性。(2)首先利用水热法在滤纸的表面原位合成氧化锌(Zn O)微/纳米颗粒构造粗糙结构,随后进一步采用PDMS对其进行修饰,成功制备了超疏水纸。通过XPS、XRD、SEM、ATR-FTIR和WCA等研究了超疏水纸表面的化学成分、晶体结构、表面形貌、表面化学官能团和润湿性。所制备的超疏水纸不仅具有自清洁、防污、阻水和油水分离等性能,而且在紫外光催化作用下具有优异的降解染料废水的性能。此外,所制备的超疏水纸具有良好的机械和化学稳定性。(3)通过一步喷涂方法制备了磁响应超疏水纸,涂料由环氧树脂(EP)、PDMS、四氧化三铁(Fe3O4)和二氧化硅(Si O2)纳米颗粒组成。其中采用EP作为粘附剂,以提高涂层的附着力和耐磨性;采用Fe3O4纳米颗粒为涂层提供适当的粗糙度和磁性;采用Si O2纳米颗粒以提高涂层的耐磨性。通过XPS、XRD、ATR-FTIR、SEM、AFM和WCA等方法研究了喷涂纸样的表面化学成分、晶型、表面化学官能团、表面形貌和润湿性。所制备的EP@PDMS@Fe3O4@Si O2喷涂纸的水接触角可达到160°,具有良好的自清洁性和抗细菌粘附性能。EP@PDMS@Fe3O4@Si O2喷涂纸具有快速的磁响应性,可实现远程可控的油水分离和油回收。所获得超疏水纸可实现对油水混合物和表面活性剂稳定的油包水乳液的高效分离。此外,稳定性测试结果表明,EP@PDMS@Fe3O4@Si O2喷涂纸具有优异的机械和化学稳定性。
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