鹽穴儲庫建造微納米油水分離材料制備及其性能研究.pdf

1、我國正進(jìn)入鹽穴地下儲備庫的大規(guī)模建造時期，而大部分鹽穴儲庫都將采用技術(shù)相對成熟的油墊水溶法進(jìn)行建設(shè)。但是建腔結(jié)束后，油墊往往因回收困難而無法循環(huán)使用，這不但增加了建腔成本，而且造成了大量資源的浪費(fèi)。同時含有油污的鹵水如果處理不當(dāng)，也會對生態(tài)環(huán)境造成巨大危害。因此，鹽穴儲庫建造中油墊的高效回收方法及油水分離材料的研究具有重要的工程價值。本文基于極端潤濕性的相關(guān)理論，采用電泳沉積法和刻蝕-電泳復(fù)合法制備了新型的超疏水-超親油微納米表面材料，

2、研究了不同表面材料的極端潤濕性能和油水分離性能，并基于毛細(xì)力學(xué)基本理論探索了超疏水-超親油表面材料的油水分離的機(jī)理。論文取得的主要創(chuàng)新成果有：
　?、俪晒ρ兄屏艘环N電泳沉積法在鋁合金和不銹鋼基材上制備具有納米結(jié)構(gòu)的超疏水-超親油表面材料。通過對材料的結(jié)構(gòu)形貌、化學(xué)成分和潤濕性進(jìn)行系統(tǒng)分析，獲得了實(shí)現(xiàn)較優(yōu)形貌與油水差異潤濕性能表面的制備工藝。該工藝下獲得的表面材料具有納米級粗糙結(jié)構(gòu)，對鹵水的接觸角和滾動角分別為163.5°和3.5°

3、，對柴油的接觸角為0°。在篩網(wǎng)基底上制備能夠?qū)崿F(xiàn)對具有明顯液相的鹵水柴油混合溶液的有效分離，短時間內(nèi)鹵水中浮油的回收效率可達(dá)到92.4％以上。
　?、诔晒ρ兄屏艘环N化學(xué)刻蝕-電泳沉積復(fù)合法在鋁合金和不銹鋼基材上制備具有微納米分級結(jié)構(gòu)的超疏水-超親油表面材料。通過優(yōu)化刻蝕液配比和電泳沉積動力學(xué)參數(shù)對超疏水表面材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能改進(jìn)，使其表現(xiàn)出優(yōu)異的油水差異潤濕性，飽和鹵水的接觸角分別提升至167.1°和166.2°，柴油可以在兩

4、種表面快速鋪展，接觸角為0°。并且，研制的微納米表面材料表現(xiàn)出較好的耐鹵水腐蝕性、機(jī)械耐磨性和疏水耐久性。在篩網(wǎng)基材上制備能夠?qū)崿F(xiàn)鹵水浮油的高效收集，短時間內(nèi)油水分離效率達(dá)到93.1%以上。
　?、刍诮?jīng)典的潤濕理論，從表面幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)能量角度出發(fā)，分析了納米表面和微納米分級表面的幾何結(jié)構(gòu)變化對其極端潤濕性能的影響。結(jié)果表明具有微納米分級結(jié)構(gòu)的表面能夠提供更穩(wěn)定的Cassie潤濕狀態(tài)、更高的接觸角以及更低的滾動角。被認(rèn)為是更

5、有利于實(shí)現(xiàn)油水差異潤濕性的表面材料。此外，通過液滴沖擊實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鹵水液滴在沖擊微納米表面過程中能量的消耗相對較小，表現(xiàn)出更穩(wěn)定的動態(tài)超疏水性，這性歸因于表面的微納米分級結(jié)構(gòu)基于潤濕壓力和反潤濕壓力關(guān)系的協(xié)同作用。
　?、転榭朔鹘y(tǒng)油水分離過程間歇操作的缺點(diǎn)，克服傳統(tǒng)分離材料在鹽穴儲庫油墊回收方面的局限，基于研制的微納米超疏水-超親油表面材料，發(fā)明了一種可實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效回收鹵水中浮油的裝置。并通過該裝置對油水分離材料的分離性能和規(guī)律進(jìn)