层层自组装法制备高性能油水分离涂层的应用研究文献综述

 2023-10-10 15:33:58

文献综述

(一)本课题研究的现状及发展趋势

随着工业和海洋石油开采的迅速发展,海上溢油事故频发.海上泄油事故会导致大量原油覆盖一片海域,从而对环境造成深远的影响;同时,日常用油随意的排放也使内陆近海水面油污染日趋严重给人类生存环境带来极大危害。如何有效地从水中收集和清除油类及有机污染物已经成为世界级的挑战,并引起广泛的关注。传统的除油方法包括围栏吸油法、受控燃烧法、化学分散法、固化法、生物氧化法和浮选法等。与传统方法相比,使用吸附材料进行油水分离被认为是一种简单可行的方法。迄今为止,沸石、活性炭、植物/碳素纤维等吸附材料被用作油吸附材料,但是这些材料在吸油的同时还吸水,大大降低了油水分离效率,同时其还存在环境二次污染、循环利用率、价格高等。不利因素,从而制约了这些材料的实际应用[1]。为了获得更好的油水分离材料,本课题就力于研究植酸与金属离子螯合从而使海绵具有高性能的超疏水亲油性能。

1.植酸的简介

植酸(phytic acid)是从粮食作物中提取的一种天然生物。植酸存在于油类和谷类种子中 ,以米糠或麦麸为原料, 经稀酸浸泡后过滤 ,用石灰和氢氧化钠中和、沉淀,再用离子交换树脂进行酸化交换、减压浓缩、脱色和过滤得到一种淡黄色浆状液体。植酸乃肌醇六磷酸脂,由于它独特的分子结构、理化性能和天然无毒特性, 是一种绿色缓蚀剂 ,在食品、医药、化工、冶金、机械和环保等诸多领域得到越来越广泛的应用[2] 。植酸对 Fe3 、Cu2 、Zn2 等有着特别强的螯合能力, 自70年代末以来 ,一直受到青睐, 但作为缓蚀剂的研究并不多。植酸分子结构中具有能同金属配合的24个氧原子、12个羟基和6个磷酸基, 6个磷酸基只有一个处在a位,其它5个均在e位上,其中有4个磷酸基处于同一平面上, 所以植酸易溶于水, 表现出较强的酸性。植酸是一种少见的金属多齿螯合剂,在水溶液中易发生电离出氢离子,电离后其带负电荷,当金属与其接触时, 金属易失去电子,带正电荷。又由于植酸分子具有6个磷酸基,每个磷酸基中的氧原子都可以作为配位原子和金属离子进行螯合,故其极易与金属表面呈正电性的金属离子结合,在金属表面发生化学吸附,同金属络合形成很稳定的络物。作为电镀添加剂、水溶性介质中金属缓蚀剂、防腐蚀涂料添加剂、镀锌和镀锡材的钝化剂的应用已有报道,一般认为植酸可在金属表层形成坚固致密的单分子保护膜,抑制金属的氧化腐蚀[3]。植酸在金属防护处理中的广泛应用,能大幅度提高产品质量,降低生产成本,减少环境污染,产生一定的经济效益和社会效益。

2.亲油疏水膜

2.1概述

超疏水材料是指材料表面与水的接触角大于150°而滚动角小于10°的材料[4],构造超疏水表面主要有两种途径:在具有微纳米粗糙结构的表面修饰低表面能物质[5];在具有低表面能的物质表面构造微纳米粗糙结构[6]。超疏水材料可以应用在自清洁、防雾、抗冰、减阻和油水分离等领域,原油泄漏事件的频发使得超疏水材料在油水分离上的应用受到广泛关注,而仿生界面油水分离材料具有高吸油能力和快捷回收油品的性能,其研究得到快速发展。应用到油水分离中的超疏水超亲油材料最主要分为超疏水分离网膜材料和超疏水三维多孔吸附材料。

自然界中的生命经过长达40亿年的进化,演绎着“物竞天择,适者生存”的生命真谛,也繁衍出许多完美奇妙的功能,荷叶等表面的超疏水现象就是其中一例.荷叶表面的微纳米阶层结构和疏水的表皮蜡质的共同作用维持了水滴很高的静态接触角和较小的滚动角,从而实现超疏水和自清洁,又称为荷叶效应。与荷叶类似,印第安水芹、水稻等叶面也是在宏观上看似光滑,而在微小尺度上具有一些特别的多阶层结构;此外,一些昆虫如蝉的翅膀、水黾的腿部等在表面也分布有特殊的微观结构,它们表面的微观结构形成新的气/固复合表面,可以导致其具有超疏水性从而实现水滴自由滚落。以上特殊的表面浸润性是动植物在自然界中长期选择和进化的结果,同时也为人类解决疑难问题提供了答案。

2.2 制备工艺

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