超疏水PC基多孔復(fù)合材料制備及其油水分離特性研究.pdf

1、隨著全球工業(yè)的快速發(fā)展，各國(guó)對(duì)石油和化工產(chǎn)品的需求量呈現(xiàn)出急劇增長(zhǎng)的趨勢(shì)。與此同時(shí)，石油泄漏和工業(yè)有機(jī)物排放卻對(duì)水資源和環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因此，污水處理對(duì)人類的生產(chǎn)和生活具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)油污治理的方法主要包括電化學(xué)、浮選、離心、過(guò)濾、重力分離和原位燃燒等，然而大部分上述方法由于用時(shí)較長(zhǎng)、操作繁瑣、費(fèi)用昂貴、分離效率低等缺點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到很大限制。近年來(lái)，超疏水材料因其特殊的潤(rùn)濕性在油水分離領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，備受

2、國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。其中，超疏水聚合物三維多孔材料由于具有超疏水表面、低密度、高孔隙率、大比表面積、互通孔洞結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)油水混合物中的油進(jìn)行高效的選擇性分離，在眾多油水分離材料中脫穎而出。
　　本文先采用聚碳酸酯(PC)和羧基化多壁碳納米管(OMWNTs)等原料，通過(guò)熱影響非溶劑誘導(dǎo)相分離法(TINIPS)制備出具有超疏水特性的PC基多孔復(fù)合材料(OMWNTs含量為1 wt％)。借助掃描電子顯微鏡、比表面積及孔徑分析儀、傅里

3、葉變換紅外光譜儀和接觸角測(cè)定儀等試驗(yàn)儀器，對(duì) PC/OMWNTs多孔復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和油水分離性能進(jìn)行了表征，研究結(jié)果和結(jié)論如下：(1)多孔復(fù)合材料的水接觸角達(dá)到159o，油接觸角接近0o，具備優(yōu)異的超疏水/超親油特性；(2)多孔復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)由微納結(jié)構(gòu)組成，微米尺度材料形貌是由直徑約為3-12μm的珊瑚狀粒子堆積而成，納米尺度材料形貌表明這些珊瑚狀粒子是由粗細(xì)不均、交錯(cuò)連接的納米纖維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，且孔徑分布較寬；(3) OMWNTs在

4、相分離過(guò)程中通過(guò)物理作用包覆進(jìn)PC納米纖維骨架中，對(duì)纖維骨架起到支撐作用，導(dǎo)致多孔復(fù)合材料具有高孔隙率；(4)多孔復(fù)合材料的超疏水/超親油特性使其能夠有效地對(duì)油水混合物中的油進(jìn)行選擇性吸附，實(shí)現(xiàn)油水分離；(5)多孔復(fù)合材料對(duì)各種油和有機(jī)溶劑均具有優(yōu)良的吸附能力，飽和吸附容量可以達(dá)到自身重量的8-13倍，而且在循環(huán)使用十次后仍具備較好的吸附能力，表現(xiàn)出良好的循環(huán)使用性能。
　　隨后，研究了不同OMWNTs含量(1-4 wt%)對(duì)PC

5、/OMWNTs多孔復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究結(jié)果表明：(1) OMWNTs含量在1-3 wt%范圍，填料含量增加會(huì)使多孔復(fù)合材料的納米纖維骨架逐漸變細(xì)，孔徑變大，孔數(shù)量增多。隨著OMWNTs含量繼續(xù)增加(4 wt%)，多孔復(fù)合材料的納米纖維骨架開始變粗，孔徑減小，孔數(shù)量也隨之減少。因此，在OMWNTs含量為3%時(shí)，PC/OMWNTs多孔復(fù)合材料可以獲得最佳的多孔結(jié)構(gòu)；(2)由于多孔復(fù)合材料結(jié)構(gòu)對(duì)其油水分離性能具有決定性的影響，3 w