【摘 要】
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近年来,随着国家化工企业的发展及对海洋石油的开采,含油污水的排放及石油泄漏事故的发生对生态环境造成严重危害。传统的油水分离方法有着分离效率低下、需要额外的能耗等明显的缺点。因此,如何简便将油水分离成为研究人员近年来的焦点。随着表界面技术及理论的发展越来越成熟,通过自然界的超浸润生物仿生制备出具有亲油疏水的表界面,从而仅在重力的外力下实现油水分离,这在油水分离领域引起了广泛的重视及深入研究。从目前的
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近年来,随着国家化工企业的发展及对海洋石油的开采,含油污水的排放及石油泄漏事故的发生对生态环境造成严重危害。传统的油水分离方法有着分离效率低下、需要额外的能耗等明显的缺点。因此,如何简便将油水分离成为研究人员近年来的焦点。随着表界面技术及理论的发展越来越成熟,通过自然界的超浸润生物仿生制备出具有亲油疏水的表界面,从而仅在重力的外力下实现油水分离,这在油水分离领域引起了广泛的重视及深入研究。从目前的研究发展来看,用于油水分离的超浸润材料的发展也受限于这两要点,从而展现出环境耐受性差,亲油疏水的特点使材料的后处理麻烦,并且循环利用率低。本研究首先从“超亲油疏水”和“提升耐磨性能”这两个角度出发,设计了低表面能物质与树脂基体的“镶嵌”模式,材料在受到物理磨损后,依然可以暴露出低表面能物质,从而维持其优异性能。首先通过热聚合方式制备了丙烯酸酯共聚物(AA-BA-MMA),然后通过解缩合法制备微纳米级别的二氧化硅并疏水改性,将两者分散于良溶剂中,喷涂后溶剂挥发成膜,制备得到耐磨的超疏水材料。研究表明,超疏水涂层的耐磨性能随膜厚增加而变得更优异,300 um膜厚的涂层在3.3 KPa重压及280目砂纸打磨超过100个20 cm的位移循环依然有超疏水性能。且油水分离效率高达95%以上,多次循环依然保持良好的分离效率.涂层具备的基材适应性为其拓展应用创造了更多可实际应用的设想。油和水的物化性质不一样,特别是油的粘度比水的粘度高。为了进一步提高油水分离的效率及材料循环利用率,从“亲水疏油”的角度出发,通过引入单体丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)于丙烯酸酯共聚物(SM-BA-DMAEMA)中,并通过微纳米级别二氧化硅调控表面粗糙度,制备了在酸性溶液条件下表现出亲水性能,在中性碱性条件下保持超疏水性能的具有亲疏转换能力的智能响应型油水分离材料。通过SEM观察其微观结构,通过XPS分析其pH响应的机理是叔胺基“质子化”行为导致材料亲水,“去质子化”时材料表现为疏水。此时的超疏水材料在保持耐磨性能和自由油水分离效率,还解决了油水混合乳液分离问题。为了更加便捷地实现海洋油水分离并省略打捞“油水混合物”步骤,从“油水分离后处理”的角度出发,设计了一款磁响应功能性的超疏水材料。研究表明,此款材料可以在磁铁的磁场吸引下可控运动,并且实现油水分离,这一功能性的叠加使其在现实运用中更加具有实际意义。
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