文献综述
综述
随着海上石油和石油化工行业的迅猛发展,随之而产生的溢油、漏油和含油废水排放不断增多,引起了环保工作者和科学家极大的关注。一方面,频繁的溢油和漏油事故不仅会导致严重的环境污染,同时还会产生巨大的经济损失。另一方面,工业产生的含油废水,例如钢铁业、铝工业、食品业、纺织业、皮革业、石油化工和金属表面处理业,己经变成全世界最普通的污染物。高效的环境友好的处理油水混合物己成为世界性难题。[1]
传统的方法,例如重力分离、离心、超声分离、气浮、电场、凝固、膜分离和生物处理,是被广泛应用的油水分离技术,通过全面结合物理、化学和生物方法这些技术能处理大部分油水混合物的分离需要。[2]然而,分离效率低、产生二次污染物等缺陷对这些方法的应用造成了困难。对于石油泄漏,常采用机械抽提、原地焚烧、化学分散和生物修复四个步骤来清洁受石油污染的区域。但这种应急响应的方法会造成大量的石油资源不能回收而产生浪费。多孔聚合物(吸油树脂等)和无机材料(活性炭、沸石、粘土等)也普遍的用来从水中吸收油类。但这些材料在吸油的同时还吸水,降低了油水分离的选择性和效率。[3]另外,对于这些吸附材料和所吸附的油类的回收利用也十分困难。这些用过的材料通常是被烧掉或者填埋,导致地表污染,产生有毒气体,对环境产生二次污染。因此,急需研发用于油水分离的新技术和新材料来实现高效的油水分离以及油类的回收。
具有仿生界面性能的油水分离材料,可提高对油水混合物的选择性能,实现高效油水分离的目的。[4]材料具有的仿生特殊浸润性能主要与材料表面的微观结构和表面自由能相关。仿生界面油水分离材料可利用其表面对液体的不同浸润性能,选择性的只对油相或水相进行浸润,而对另一相进行排斥,从而提高油水分离效率。因此,本文从材料的表面润湿性出发,利用仿生超疏水原理,以成本低廉、易于大规模生产的多孔材料为基底,利用相似相容原理,将低表面能物质以物理浸泡的方式固定在基底材料上,从而制备了超疏水超亲油多孔油水分离聚氨酯。
一、研究目标及内容
制备性能良好的油水分离材料是本文研究的目标,其中油水分离材料应具备的特点有:超疏水超亲油性,较高的吸油能力、保油效果好、吸收的油较易回收,同时具有良好的回用性和生物可降解性。通过调研大量的文献,及对选取原料进行的预实验,本文选用聚氨酷海绵作为吸油材料的基底材料,利用其三维多孔结构和不同的改性方法对聚氨酷海绵进行疏水亲油改性,研究制备吸油能力强、疏水性能高、回用性能佳的高效环保吸油材料。另外,在研究中深入探讨油水分离材料的油水分离机理,并对油水分离材料的经济可行性进行分析。
二、疏水概念
根据水在固体表面上的浸润程度,可以将材料表面分为亲水性和疏水性,表面与水的接触角的大小是判断表面是否疏水的重要指标。一般情况下,如果表面与水的接触角大于90°,称为疏水性表面;相反则称为亲水性表面。考察一个表面的疏水性大小,除了要考虑其与水的静态接触角之外,还要考虑它与水的动态接触角滞后或滚动角的大小。接触角滞后是指水滴在表面上的前进接触角(简称前进角)与后退接触角(简称后退角)的差值,接触角滞后的大小反映了水滴从固体表面脱离的难易程度。前进角与后退角相差越小,水滴越容易从固体表面滑落;除了接触角滞后外,液体在固体表面上的滚动角大小也可以反映水滴与固体表面的粘附程度,滚动角越小,液体越容易从固体表面脱离。一个真正的超疏水表面既要有较大的静态接触角大于150°同时要具有较小的滚动角小于10°,两个条件缺一不可。
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