油水分离膜材料制备及其应用研究进展

油水混合物不仅对生态环境造成破坏,同时也危及人类身体健康。针对油水混合物进行高效分离,不仅可以实现油、水资源的重复使用,还可有效地避免其直接排放所造成的严重环境污染问题。因此开发高效油水分离材料对于资源节约,实现双碳目标和践行习总书记“绿水青山就是金山银山”理念具有重要意义。特殊润湿性因其对油水两相的响应不同在油水分离领域中显示出良好的应用前景,具备该特性的油水分离膜材料分离效率高、分离速度快、能耗低、可扩展性好、操作简单且可回收利用,因此针对油水分离膜材料制备过程中基底材料选择的不同,详细介绍了以金属、聚合物、生物质和无机物为基底材料制备油水分离膜材料及其应用研究进展,并对油水分离膜材料领域研究进行展望。     

不对称炭膜的制备及结构性能研究

以Kapton型聚酰胺酸(PAA)为前体,以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂和凝胶浴添加剂,分别以水、乙醇、正丙醇、正丁醇为凝胶介质,采用干湿相转化法制备不对称聚酰亚胺膜,经高温炭化制备不对称炭膜.探讨了相转化制膜工艺如铸膜液浓度、蒸发时间、凝胶介质及炭化温度等因素对不对称炭膜微结构和气体分离性能的影响,并采用SEM、XRD等手段对不对称炭膜的表面形态及微结构进行表征.研究表明,采用相转化的方法成功地制备了具有不对称结构的炭膜,相转化制膜工艺、炭化工艺对所制备不对称炭膜的结构及气体分离性能有较大的影响;控制适宜的铸膜液浓度、预蒸发时间有利于制备具有高通量、高分离选择性的不对称炭膜;提高炭化温度可以改变其微观结构,使炭膜的有序度和致密度增加,进而对膜的气体分离性能产生影响。SEM分析表明,所制备的不对称炭膜表面致密无缺陷,且具有明显的致密皮层和多孔支撑层结构;XRD显示,制备的不对称炭膜的微结构为乱层炭结构.     

PBSS油水分离微球的制备及其性能研究

将丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)、苯乙烯(St)作为聚合单体,通过悬浮聚合工艺制备了BA-SMA-St油水分离聚合物(PBSS)微球。使用红外光谱仪、显微镜表征了微球的基本结构和形貌,测试了微球的油水分离性能、保油性能以及在不同温度下的吸油性能,并探讨了交联剂用量对微球吸油性能的影响。结果表明：微球具有良好的油水分离性能,随着交联剂用量的增加微球的吸油倍率减小。在25℃下对汽油饱和吸附倍率可达11.72g/g,所需时间为30min;在70℃下对汽油饱和吸附倍率可达12.64g/g,所需时间仅为15min,吸附饱和后微球的保油率高于98%。     

TEOS交联EVAL膜的制备及其油水分离性能

用四乙氧基硅烷(TEOS)对聚(乙烯-乙烯醇)(EVAL)进行交联,通过浸没沉淀法制备了交联EVAL膜,研究了不同TEOS添加量对膜的热性能、断面形貌、机械强度及油水分离性能的影响。结果表明:随着TEOS添加量的增加,EVAL膜的玻璃化转变温度上升,熔点和结晶度下降。膜内的交联结构使膜的机械强度得到明显改善,当TEOS添加量为0.87%时,交联EVAL膜的拉伸强度和断裂伸长率分别为纯EVAL膜的4.4倍和3.1倍。随着TEOS添加量的增加,膜的水通量先减小后增加,而截留率则呈相反的变化趋势;提高油相浓度,交联EVAL膜的截留率可达99.15%,表明该膜适用于较高浓度下的油水分离过程。     

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。     

不同孔径陶瓷膜硅烷改性及油水分离性能研究

具有低表面能的疏水陶瓷膜常用于含水油液分离,而渗透通量的提高是提升膜分离过程经济性的关键.本文通过有机硅烷接枝改性制备疏水陶瓷膜,研究硅烷改性对不同孔径陶瓷膜结构及油水分离性能的影响。以孔径为1 000 nm、100 nm、10 nm的3种陶瓷膜为研究对象,考察不同孔径陶瓷膜硅烷化改性前后膜表面微观形貌、润湿性及渗透阻力的变化,评价3种孔径疏水陶瓷膜在溶剂、酸碱等环境下的稳定性,并将3种孔径硅烷改性的陶瓷膜用于油包水乳液分离.结果表明,孔径越小的膜硅烷化改性后渗透阻力增幅越大,尤其是当孔径达到10 nm,改性前后渗透阻力相差近3倍;原膜孔径对改性膜润湿性影响不大,且均表现出良好的耐溶剂性、耐酸碱性.低压高流速的操作方式有利于提高改性膜通量;对于水含量1 000μL/L的W/O乳液,3种改性膜对水的截留率均超过93%,渗透液水含量低于70μL/L,其中1 000 nm改性膜通量最高,达375 L/(m²·h),而10 nm膜更不易被污染;对于水含量10%(体积分数)的W/O乳液,1 000 nm改性膜污染非常严重,通量迅速下降为14.1 L/(m²     

仿蜘蛛网结构油水分离膜的制备和性能探索

具有三维网络结构和亲水特性的水凝胶用于分离膜改性备受关注.以聚偏氟乙烯(PVDF)膜为基质,将羧甲基纤维素(CMC)通过自交联方式引入膜表面,制备了仿蜘蛛网结构的CMC-PVDF改性膜,对膜的油水分离性能、抗污染性能、机械性能等进行了考察.结果表明,相对于原膜,改性膜的油水乳液通量增加了4倍,达到612 L/(m~2·h),油水分离性能从74%提高到94%以上;改性膜具有较好的抗污染能力;相对于原膜,CMC-PVDF改性膜的弹性模量从3.647 MPa提高到14.86 MPa,伸长率从31.5%提高到58.4%,这与膜表面的仿蜘蛛网结构有关.通过所述方法得到了兼具较高分离性能、抗污染性能和机械性能的膜材料,对分离膜改性研究具有一定借鉴价值.     

超疏水吸油性聚二乙烯基苯的制备及其油水分离性能

在我国,水污染已经严重破坏了自然生态环境并危害人体健康,液态油类物质是其中重要的水体污染源。为解决含油污水处理过程中最重要的油水分离问题,本文采用简单易行的溶剂热法低成本合成了具有微米和纳米级粗糙结构的超疏水吸油性多孔性聚二乙烯基苯有机固体材料并对其油水分离性能进行了研究。由于其内部的亲油基链段与油分子可发生溶剂化作用,多孔性聚二乙烯基苯具有吸油速率快、容量大、再生性好,只吸油不吸水等特点,可很好地吸附脱除水中油类有机物,在油水分离方面具有很好的应用前景。     

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.     

超疏水超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能

利用正十二硫醇和氯化铜反应制备十二烷基硫铜,然后将其配制成乙醇悬浮液;将表面涂覆有聚多巴胺的三聚氰胺海绵浸入上述悬浮液中成功制备出超疏水三聚氰胺海绵,并用它来分离油水混合物.采用扫描电镜观察海绵表面形貌,利用接触角测量仪表征其润湿性能,借助红外分光测油仪测定水中含油量.研究结果表明,三聚氰胺海绵表面形成了凹凸不平的微纳米结构,呈超疏水超亲油状态;测得它对水的静态接触角为152°,而油滴能在1 s内被完全吸收.该样品对油水混合物具有良好的分离能力,分离后水中菜籽油含量从约25 g/L降到15.20 mg/L;对同一大豆油水混合物连续分离五次后其含油量可从36.45 mg/L降低至5.12 mg/L.该超疏水海绵具有良好的吸附油的能力,可吸收约自身质量54～77倍的有机溶剂或油品;在重复使用100次后仍能保持145°的接触角和达自身质量68.6倍的吸油能力;在海水中浸泡36 h后仍保持约147°的接触角和73.4倍的吸油能力.     

可控润湿性的ZnO修饰不锈钢网的制备及其油水分离性能

为了制备出具有可控润湿性的不锈钢滤网,并根据其相关特性用于研究油水分离性能,本文通过水热法在不锈钢表面生长一层氧化锌,构造微纳米粗糙度,随后用不同链长的脂肪酸改性的方法,成功制备出具有可控润湿性的不锈钢滤网。采用接触角测量仪、FTIR、SEM及XRD等分别对样品的润湿性和表面形貌及成分进行分析,采用油水分离装置表征样品的油水分离效率及重复使用性。结果表明依据不同链长的脂肪酸改性的样品出现了从超亲水到超疏水的润湿性变化,范围为0°～158°,油始终保持在0°。油水分离效率在92%～98%,重复使用50次后,仍然具有油水分离的性能。因此,制备的不锈钢滤网具有优异的油水分离性能和良好的重复使用性能。     

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°,...     

温度响应性Fe@PNIPAM泡沫的制备及油水分离性能研究

以泡沫Fe为基底,通过简单的一步自由基聚合法,将温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)修饰到泡沫铁基底表面,制备了表面润湿性可控的温度响应性油水分离材料.当体系温度低于临界溶解温度(LCST)时,材料表现出超亲水性,其水接触角为0°;当体系温度高于LCST时,材料表面呈疏水性,其水接触角可达135.2°.在外界温度...     

高内相乳液法制备P(St-DVB)多孔吸油材料及其在油水分离中的应用

利用超疏水多孔材料的选择吸油性可以很好地处理突发性溢油事故和肆意排放的含油废水.本实验通过高内相乳液法制备了一种可压缩的聚苯乙烯多孔材料,通过SEM、IR对该材料结构进行了表征,并测试了其油-水分离性能.结果显示,在传统小分子乳化剂Span 80的基础上加入牡蛎壳粉(OSP)可以有效阻止液滴的合并,能显著提升乳液的稳定性.在75℃下通过偶氮二异丁腈(AIBN)引发自由基聚合制得了具有多孔结构的海绵材料,材料的密度、孔径和孔隙率可通过水量调节,当水的体积比达到98.22％时,材料呈现出可压缩性.通过接触角测量仪测试了材料的水接触角(WCA)为147.8°,油接触角接近0°,表明材料具有超疏水性和超亲油性.材料对不同油品的饱和吸油倍率在46.7～101.9 g/g,且在30 s内可达到吸油饱和;吸油后的材料可通过离心或挤压实现二次利用,该材料有望在油水分离领域得到广泛应用.     

二氧化钛/ZIF-8复合超疏水海绵的制备及其油水分离性能

含油废水的处理海上溢油问题及含油废水的排放对经济与环境带来了巨大的破坏。利用聚多巴胺将自制的双尺度ZIF-8/TiO₂纳米粒子黏附到聚氨酯海绵,通过十八胺改性制备出超疏水油水分离海绵,通过FTIR、XRD等对其结构进行了表征分析;利用ZIF-8和TiO₂两种纳米粒子构建双尺度粗糙结构,并深入探究了两种粒子的用量对复合涂层表面性能的影响。结果表明当纳米粒子ZIF-8和TiO₂添加摩尔比为2∶1时,接触角达到最大值153°;复合海绵有良好的油水分离性能,吸收能力是其自重的40至118倍,分离效率平均在96%以上;在808 nm激光照射下10 s内温度可升高55.9℃,有良好的光热转换性能。     

低成本超疏水棉布的制备及其应用于油水混合物分离的研究

近年来因仿生界面材料特殊的表面效应,将其应用于油/水混合物高效分离领域引起了国内外研究者的极大关注。采用TiO_2和月桂酸对棉布进行表面改性,制备出超疏水/超亲油棉布,其表面水接触角高达156°,通过搭建连续分离装置,可实现油/水混合物的快速、高效、连续分离,且经过20次循环分离,分离效率仍高达94%。超疏水棉布制备工艺简单、成本低廉、环境友好,无需特殊的设备,在海上石油及有机化学品泄漏导致的水污染处理领域具有良好的应用前景。     

电火花线切割制备超疏水多孔钛及其油水分离的应用

利用电火花线切割的方法制备具有双尺度结构的超疏水多孔钛表面,用于实现油水混合物的分离.以多孔钛为基材,通过电火花线切割的方法在表面加工出阵列微沟槽结构,该表面经过全氟癸基三乙氧基硅烷的低表面能修饰后,制得超疏水多孔钛表面.利用接触角测试仪和电子显微镜等手段对超疏水多孔钛表面进行润湿性测量和形貌特征的分析,利用油水分离器...     

碳纳米管改性海泡石多孔陶瓷及其高效油水分离性能研究

为了有效地从油/水混合液体中回收油,本工作以纤维状海泡石为原料,硝酸镍为催化剂前驱体,聚乙烯粉体为造孔剂和碳源,采用冷冻干燥结合催化裂解法制备了超疏水/超亲油碳纳米管(CNTs)改性海泡石多孔陶瓷,研究了固含量和催化热解温度对改性多孔陶瓷形貌的影响,并表征了其在pH=1的强酸、pH=14的强碱、373 K高温和77 K低温等极端环境中的表面润湿性能及水油分离性能。结果表明:催化剂前驱体溶液浓度为0.5 mol/L、海泡石的固含量为15wt%、催化热解温度为973 K且保温时间为2 h时所制备的CNTs改性多孔陶瓷具有最好的超疏水/超亲油性能,其对柴油、白油、植物油和真空泵油的最高吸附量分别是其自身质量的15.7、20.8、23和25倍;其连续油水分离时油通量高达250 kg·s^–1·m^–2,且在5 h内分离效率及选择性不发生明显降低。