特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离中的研究进展

油水混合物经过分离后再处理,不仅可以实现油、水资源的重复利用,还能有效避免由于直接排放所造成的环境污染问题,因此研究用于分离油水混合物的材料对于节约资源和保护环境就显得尤为重要.其中,特殊浸润性纳米纤维膜材料具有超疏水/超亲油或超亲水/超疏油等特性,这使其在油水分离的应用研究中得到广泛关注.基于此,本文对特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离领域的研究现状和应用进行了综述.介绍了特殊浸润性材料的基础理论和电纺纳米纤维膜的应用,归纳并总结了特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离领域中的研究进展,最后指出在油水分离过程中,特殊浸润性纳米纤维膜上精细的微观结构很容易受到机械损坏和化学污染,这极大地限制了其在油水分离中的应用,同时对于研究出结构稳定、耐酸碱、并且可大规模生产的高效分离性能的特殊浸润性纳米纤维膜材料进行了展望.     

基于超润湿材料的乳液油水分离研究进展EI北大核心CSCD

在表面活性剂的作用下,油水混合物易转变为乳液,从而形成稳定的油水混合系统,给分离带来了困难。结合固体表面微观几何结构和化学组成,制备的超润湿材料为乳液油水分离提供了一个良好的平台。文中首先介绍了超润湿性的基本理论,然后综述了基于超润湿材料的乳液分离研究进展,包括分离油包水乳液的超疏水超亲油材料、处理水包油乳液的超亲水及水下超疏油材料和同时分离两种类型乳液的智能超润湿材料。最后,对该领域存在的一些问题以及未来的发展方向分别进行了总结和展望。     

超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展

仿生界面油水分离材料的研究主要集中在超疏水超亲油材料,其具有高吸油能力和油品回收方便快捷等特性。本文评述了近几年超疏水材料制备及其在油水分离中应用的研究进展。     

超疏水超亲油304不锈钢网的制备及其油水分离性能

目前,用于油水分离的材料成本高,制备工艺复杂且效果较差,针对这一现象,选用304不锈钢网作为基体材料,通过氯化铁溶液刻蚀法获得粗糙表面,随后用十七氟癸基三甲氧基硅烷对该表面进行改性,成功制备出具有优异油水分离特性的超疏水超亲油不锈钢滤网,并对其结构及性能进行了测试表征.结果表明:超疏水不锈钢网与水的接触角达到151°,油水分离测试中对黏度小、表面张力小的常见油品分离效率达90％以上,表明其具有优良的油水分离性能;另外,制备的超疏水超亲油不锈钢滤网具有较好的重复使用性,在重复油水分离过程100次后,接触角仍高达145°,并且仍能保持超疏水超亲油的特性.     

超亲水/水下超疏油膜功能材料及其研究进展

含油污水,特别是油/水乳液的分离是世界性的挑战。膜分离法由于具有分离效率高、能耗低、易于操作等特点,在油水分离领域具有较大的优势。超亲水/水下超疏油材料是"除水型"特殊润湿性材料,与超疏水-超亲油网膜相比,超亲水/水下超疏油膜在对抗有机污染和生物污染方面更具优势。超亲水/水下超疏油膜在处理含油污水过程中面临的主要问题有化学稳定性及膜污染。膜污染会导致分离效率及过滤通量下降等问题,缩短膜的使用寿命。因此,解决滤膜污染问题对污水处理至关重要。目前超亲水/水下超疏油材料改性的重点主要有三方面:提高过滤通量、抗污能力及设计合适的孔径。许多研究人员通过对疏水性基材(聚合物膜、金属筛网)进行改性以增强膜的亲水性和抗污性能,并取得了丰硕的成果。目前,聚合物膜改性方法主要分为基体改性和表面改性两种。基体改性即通过接枝共聚或共混等方法对膜进行亲水改性,然后将改性后的膜材料用于膜制备。表面改性是指对商业滤膜表面接枝极性单体或亲水单体。金属筛网常用的改性方法有化学刻蚀、表面涂覆、电化学沉积等。通过改变膜表面的化学组成和粗糙度调控滤膜的超润湿性能,从而提高膜的亲水性、分离效率和抗污性能。为了响应处理工业溢油及保护环境的要求,迫切需要开发具有高分离效率、高选择性和高稳定性的新型分离材料和技术,以应对日趋复杂的油水分离环境。本文以分离油水混合物及油水乳液的滤膜材料作为研究体系,首先介绍了超亲水/水下超疏油表面的理论基础及其构筑机理,然后从不同基材的角度介绍了油水分离功能材料的制备工艺及改性方法。本文全面综述了超亲水/水下超疏油金属网膜、聚合物膜材料和基于纳米材料的新型功能分离膜的研究进展,从润湿性、过滤通量、分离效率、抗污性能等方面综合评估了油水分离功能膜的性能,最后总结和展望了油水功能分离膜未来的发展趋势。     

聚合物电纺纳米纤维高效油污染处理应用研究进展

聚合物纳米纤维具有高比表面积、高孔隙率等优点,是油污染处理领域重要材料之一,主要应用于油污的吸收和油水分离。阐述了油污的危害和各种吸油材料的性能,介绍了纳米纤维在高效吸油及油水分离领域中的应用。叙述了纳米纤维制备成型的方法及原理,探讨了纳米纤维各种参数对吸油性能和油水分离效果的影响,以及纳米纤维吸油的重复使用性能,以期增进对电纺纳米纤维高效油污染处理应用的新认识。     

聚丙烯超疏水纤维膜的制备及其在油水分离中的应用

利用磁控溅射法在聚丙烯(PP)纤维膜上溅射SiO2纳米粒子,制备超疏水超亲油纤维膜,用于油水分离领域中。在PP纤维膜上溅射SiO2纳米粒子增加表面粗糙度,降低表面能达到超疏水的效果。通过调节溅射功率,改变疏水效果,当溅射功率为100W时,纤维膜的疏水性能最好,对水的接触角高达162.8±2.1°,对油的接触角为0°。更重要的是,PP-SiO2纤维膜在油水分离过程中仅仅依靠重力驱动,能够使油和水快速分离并且重复使用10次之后依然保持超疏水性,分离效率保持在90%左右,这将在工业油污和海洋溢油处理中,提供了新的材料。     

层层自组装法制备超疏水/超亲油棉织物及其油水分离性能

被油污染的水资源严重影响人类健康和生态系统.为得到具有优异油水分离性能的材料,利用层层自组装法,在棉织物表面组装纳米银薄层,随后用十二烷基硫醇修饰,制备了具有超疏水/超亲油性能的棉织物.通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、接触角测试仪、分离效率表征超疏水/超亲油棉织物的微观形貌、表面化学组成、润湿性及油水分离性能.改性后的棉织物表面负载致密的纳米银薄层,水在该表面的接触角高达160°,而油的接触角为0°,显示出其良好的超疏水/超亲油性能;纳米银牢固地附着在棉织物的表面,使其表现出良好的抗磨损性、耐腐蚀性.油水分离测试显示,该棉织物对不同类型油品和水混合物的分离效率达88％以上,且具有较好的循环利用性.此外,该棉织物不仅能分离水上轻油、水下沉油,还能分离轻油-水-沉油三相所形成的混合物.     

静电纺丝法制备聚乳酸纳米纤维及其吸油性能

本文采用静电纺丝法制备了聚乳酸(PLA)纳米纤维毡片,并首次研究了PLA纳米纤维微观结构对材料吸油性能的影响机制。扫描电子显微镜(SEM)表征显示前驱体溶液浓度对PLA静电纺丝纳米纤维直径具有显著影响,较高的浓度导致纳米纤维直径变大,10wt.%的前驱体溶液浓度可获得直径为50~100nm的均匀纳米纤维。接触角测定发现优化后的PLA纳米纤维材料具有超疏水超亲油特性。系统研究了PLA静电纺丝纳米纤维毡片对柴油、润滑油和植物油的吸附性能,发现PLA静电纺丝纳米纤维对柴油、润滑油和植物油的最大吸油倍率分别达到37、116和51g/g。实验模拟发现所制备的PLA纳米纤维材料具有吸油倍率高,吸水率低和可生物降解等特点,可用于吸附水面溢油。     

具有可逆润湿性Bi2O3涂层在抗菌和油水分离中的应用

具有特殊润湿性材料的应用是近年来研究的热点.疏水改性的Bi2O3涂层在紫外-可见光光照和暗室存储的条件下可以实现超疏水-超亲水的可逆转换,本工作研究了在不同润湿性条件下Bi2O3涂层在抗菌和油水分离中的应用.结果表明,超疏水表面对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗细菌黏附作用,而超亲水表面则表现出选择性的抗菌活性.在油水分离方面,超疏水表面可以阻隔水,使油通过滤网,分离效率达93％以上,而超亲水表面在预润湿处理后可以阻隔油,使水通过滤网.因而具有可逆润湿性Bi2O3涂层可作为一种智能的抗菌油水分离膜材料,在油水分离领域具有潜在的应用前景.     

特异润湿型油水分离材料的研究进展

近年来,海上石油泄漏事故和各种含油有害污水排放日益频繁,不仅造成了严重的环境污染,同时也危及到人类健康。因此,如何高效分离油水混合物成为当前材料学领域一个亟待解决的问题和研究热点。目前,具有被油或水所选择性润湿的特异浸润性材料已被广泛应用于油水分离,它们具有高效的油水分离效果,应用前景相当广阔。综述了近年来各类新型、高效的特异润湿型油水分离材料的制备方法及其吸油能力、分离效率以及重复使用性能,总结了油水分离材料领域的研究现状及尚待解决的难点,同时也展望了该领域未来研究的热点及发展方向。     

等离子体预处理制备抗菌-特殊润湿性除油型棉织物

为实现特殊润湿性材料的规模化生产,构筑长效、耐久、稳定的特殊浸润性油水分离产品,以棉织物网膜为基材,对其进行了等离子体预处理与超疏水性界面构建的研究。即将聚氨酯胶黏剂(PU)与合成的Ag@SiO2球形颗粒分别配制成涂剂A与涂剂B,采用简单的交替高压喷涂技术与疏水改性处理,在棉织物表面构建了强健的微纳二级粗糙结构,继而获得超疏水性生物质网膜材料。系统地研究了等离子体预处理基材距离、电压、喷涂次数等对基材表面粗糙度的作用规律,并对合成产品在抗菌防护与油水分离领域进行了应用探索。结果,该产品是一种优异的特殊润湿性除油型生物质基网膜材料,能够有效地实现油水分离应用,并防止病菌附着。     

微波原位合成2D Ni-Fe MOF/硅藻土复合材料及其改性聚乙烯醇水凝胶不锈钢筛网油水分离性能

如何高效处理含油污水的问题,是如今世界科研人员共同关注的问题。聚乙烯醇(PVA)水凝胶作为高含水量及具有三维亲水网络的软材料在油水分离领域引起了广泛的关注。但是,和大多数具有超润湿性质的水凝胶一样,PVA水凝胶类油水分离材料不仅力学性能差,同时也存在化学稳定性差的问题。基于此,通过微波法制备了2D Ni-Fe金属-有机框架材料(MOF)-硅藻土(Dia)纳米材料及其PVA复合水凝胶。同时,不锈钢网经过浸泡2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA水凝胶溶液得到2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA水凝胶不锈钢筛网,表现出超亲水-水下超疏油性质。利用SEM、XPS分析2D Ni-Fe MOF-Dia及其复合水凝胶的化学组成和表面形貌。研究了2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶的力学性能及2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶不锈钢筛网的油水分离与乳液分离的分离效率及水通量,并对其耐盐性、耐酸耐碱性油水分离性能进行了测试。结果表明:2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶具有优异的力学性能,拉伸与压缩强度分别达到1.49 MPa及0.58 MPa,同时表现出超亲水-水下超疏油性质,2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA不锈钢筛网的油水分离与乳液分离效率与通量分别可达99.2%和742.7 L·m?2·h?1。在酸性、碱性、盐性环境下均保持优异的分离效率与通量,并且在5次循环后,依旧保持稳定的分离效率与通量。      

超疏水复合海绵材料的制备及在油水分离的应用

含油污水的治理已经成为世界性的难题, 如何有效分离油水混合物成为亟待解决的问题。本研究通过绿色环保、简单浸蘸的表面修饰法, 以三聚氰胺海绵(MS)作为基底材料, 选择氧化石墨烯溶液(GO)与聚四氟乙烯浓缩分散液(PTFE)的混合液对MS改性, 成功制备出性能优异的超疏水材料(GPMS)。采用X射线衍射仪(XRD), 热重分析仪(TG)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的GPMS进行结构、形貌和组分分析, 并对其表面浸润性、压缩循环性、选择吸附性能以及连续油水乳浊液分离性能进行了系统研究。结果表明, 制备的GPMS具有超疏水性(疏水角可达168°); 机械性能优越, 可以完成50次压缩循环实验; 能够选择性地吸附水上浮油与水下重油, 还可对油水乳浊液实现高效分离, 是一种具有实际应用价值的含油污水治理材料。     

天然生物质材料吸油性能研究

采用小麦秸秆、玉米秸秆、锯末、中药渣作为吸油材料,重点研究了吸附材料粒径、吸附时间以及不同油品对这4种天然生物质材料的吸油性能的影响。同时,研究对比了这4种材料的吸水性能和保油能力。在对原油进行吸附实验时,发现锯末和小麦秸秆在0.25～0.83mm粒径范围内具有较好的吸油性能,吸油量分别为5.79和6.02g/g,其次为玉米秸秆,0.15～0.18mm之间的材料吸油量最大能达到5.02g/g,而中药渣在0.18～0.20mm之间的吸油量仅为2.37g/g。比较4种材料对有机物甲苯及植物油的吸附性能发现,其对原油的吸附效果优于植物油和甲苯。材料均有一定的保油能力,而锯末的保油能力最高,其油水比>11。由于天然生物质材料属固体废物,其吸油后可直接作为燃料使用,可达到以废治废的目的,因此在含油污水处理领域具有较好的开发和应用前景。     

基于聚多巴胺的超疏水棉织物的一锅法制备及其油水分离性能

将棉织物浸入多巴胺、硝酸银、十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中,取出烘干制备出超疏水棉织物。用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征其表面形貌和元素,用接触角测量仪测量其接触角并进行摩擦或液体浸泡(如酸、碱、沸水)实验检测其耐用性。结果表明,聚多巴胺的强附着性使原位生成的银纳米粒子能经受摩擦或不同液体的浸泡,从而使超疏水织物具有良好的耐用性。超疏水棉织物还具有良好的油水分离性能,其油水分离效率高达97%,油流量最高可达15.93 m³·m^-2·h^-1。     

纳米材料在提高原油采收率中的研究进展

近年来,油田采油过程对驱油材料的性能提出了更高的要求,使用纳米材料是从微观角度提升驱油剂性能的重要方法。研究表明,对纳米材料进行改性处理,如表面接枝改性、构造核-壳分子结构等,以及将纳米材料与其他驱油材料(如聚合物、表面活性剂等)复配,可从降低油水界面张力、乳化原油降低原油粘度、改善岩石表面润湿性、稳定泡沫等方面推动原油流动,可见纳米材料在提高原油采收率方面具有重要意义。综述了近几年国内外纳米SiO₂、纳米TiO₂、纳米纤维素、聚合物纳米微球、纳米石墨烯等纳米材料在驱油材料中应用的研究进展,解析了其研发中的瓶颈问题及今后的研发方向,评述了各种纳米材料提高原油采收率、抗温、抗盐等性能,以期为相关研究提供借鉴。     

胶状乳化炸药油溶性破乳研究

通过分析胶状乳化炸药接触机油后产生油水分离的原因,探讨胶状乳化炸药油溶性破乳机理。结合破乳案例进行原因分析,运用相似相溶原理、湿润增溶机理、模拟实验与化学分析相结合的方法,对油溶性破乳进行了研究。研究发现,油溶性破乳实际是一种溶解现象,油包水型乳化炸药基质的胶体具有亲油性,机油与胶体充分接触形成润湿现象,接触部位的界面膜遭到了破坏,相邻的内相粒子聚集形成大液滴并析晶,胶体的水、油相破乳分离,放出热量加速破乳进程,贮存环境条件不良时破乳析晶扩散。结果表明,油溶性破乳本质是相似相溶,防止乳化炸药油溶性破乳的有效方法是切断破乳路径。     

Preparation of Superhydrophilic and Underwater Superoleophobic Nanofiber‐Based Meshes from Waste Glass for Multifunctional Oil/Water Separation

The deterioration of water resources due to oil pollution, arising from oil spills, industrial oily wastewater discharge, etc., urgently requires the development of novel functional materials for highly efficient water remediation. Recently, superhydrophilic and underwater superoleophobic materials have drawn significant attention due to their low oil adhesion and selective oil/water separation. However, it is still a challenge to prepare low‐cost, environmentally friendly, and multifunctional materials with superhydrophilicity and underwater superoleophobicity, which can be stably used for oil/water separation under harsh working conditions. Here, the preparation of nanofiber‐based meshes derived from waste glass through a green and sustainable route is demonstrated. The resulting meshes exhibit excellent performance in the selective separation of a wide range of oil/water mixtures. Importantly, these meshes can also maintain the superwetting property and high oil/water separation efficiency under various harsh conditions. Furthermore, the as‐prepared mesh can remove water‐soluble contaminants simultaneously during the oil/water separation process, leading to multifunctional water purification. The low‐cost and environmentally friendly fabrication, harsh‐environment resistance, and multifunctional characteristics make these nanofiber‐based meshes promising toward oil/water separation under practical conditions.     

Separating oil from oil-water emulsions by electroflotation technique

The separation of finely dispersed oil from oil-water emulsions was carried out in an electroflotation cell which has a set of electrodes, a lead anode and stainless steel screen cathode. The effect of operating parameters on the performance of the batch cell was examined. The parameters investigated are electrical current, oil concentration, flotation time and flocculant agent concentrations. A well-fitted empirical correlation represents the change in percentage oil removal with wide range of operating conditions was obtained. The oil separation reached 65% at optimum conditions; 75% in the presence of NaCl (3.5% by wt. of solution); and 92% with the presence of NaCl and at optimum concentration of flocculant agent. Electrical energy consumption varied from 0.5 to 10.6 KWh/m³ according to experimental conditions. An equation relates the K with I was obtained. The general form of the equation is K = constant (I)ⁿ; where the n values are 0.6 4 and 0.62 for solutions with and without NaCl, respectively. The previous relation is valid only for current values from 0.3 to 1.2 A. The effect of emulsion flow rate on the separation process was determined on continuous scale.