磁响应抗污染油水分离膜的制备及应用
文献类型:学位论文
作者 | 王雅洁 |
答辩日期 | 2021-06-01 |
文献子类 | 硕士 |
授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
导师 | 李望良 and 林松 |
关键词 | 静电纺丝,聚丙烯腈,纳米纤维膜,超顺磁,抗污染 |
英文摘要 | 近些年来,膜分离技术被广泛用于油水分离领域。膜分离技术的核心技术为分离膜的制备技术。静电纺丝技术可制备纳米纤维分离膜,纳米纤维贯通的膜结构可提升膜通量,同时纳米纤维也可提高乳化液滴的碰撞聚结效率。通过调控静电纺丝的条件参数,可有效调控纤维直径、纤维形貌、纤维膜孔隙率及孔径分布等结构性能,在油水分离领域具有广泛应用前景。但是,在膜分离油水乳液的过程中,由于油黏度较大,易黏附在分离膜的表面及膜孔中,造成膜通量下降,使油水分离膜的油水分离效率降低。通过改善油水分离膜的超亲水性,可有效减轻油水分离膜的膜污染,同时,在分离膜表面接枝超顺磁纳米颗粒可利用振荡磁场实现膜表面浮油污染物的自清洁,增强分离膜的使用寿命。本文通过静电纺丝技术制备了聚丙烯腈纳米纤维油水分离膜。纳米纤维的形貌均匀、孔隙率高。进一步通过接枝改性引入饱和磁响应强度高的超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4),构筑超亲水的磁响应抗污染油水分离膜,实现对油水乳液高通量、高分离效率的分离。主要结论如下:(1)静电纺丝PAN纳米纤维膜的制备。聚丙烯腈粉末(PAN,相对分子质量为150 000)溶于二甲基甲酰胺(DMF,有机溶剂)制备静电纺丝溶液。调控PAN纺丝溶液的浓度(3-20 %)、纺丝电压(8-20 KV)和纺丝时间(0-1 h)等静电纺丝条件参数,筛选最佳纤维形貌、最优孔隙率的PAN膜的制备条件。结果表明:当PAN纺丝液浓度为15 %、纺丝电压为15 KV时,纳米纤维直径分布在700 nm左右。此时,纳米纤维膜形貌结构均匀。纺丝时间为30 min时,PAN膜的孔径分布集中在2-4 μm左右,具备分离油水乳液的孔径结构。(2)超顺磁性Fe3O4纳米颗粒的制备。通过溶剂热和共沉淀法制备了不同纳米尺寸的超顺磁性Fe3O4纳米颗粒,分别探究了不同温度,不同反应物比例及不同反应时间等条件对产物的磁响应性能及形貌结构的影响。筛选最优制备方法和最佳制备条件。结果表明:共沉淀法制备的Fe3O4纳米颗粒具有最小尺寸。当反应温度为100 ℃、反应时间为1 h时,反应液中硫酸亚铁浓度为0.1mol·L-1、氢氧化钠浓度为0.2 mol·L-1时,得到粒径分布在20-40 nm间的超顺磁性Fe3O4纳米颗粒。其饱和磁响应强度为75.7 emu·g-1产物同时具有较小的粒径分布及较高的饱和磁响应强度。(3)磁响应抗污染油水分离膜的制备及性能研究。通过聚多巴胺(PDA)修饰超顺磁性Fe3O4纳米颗粒(PDA- Fe3O4),并将其接枝到经过氢氧化钠和盐酸改性的聚丙烯腈纳米纤维膜(HPAN)上,构筑具有超亲水性的磁响应纳米纤维膜(PDA- Fe3O4-PAN)并开展油水分离和自清洁循环性能研究。结果表明:PAN膜改性为PDA- Fe3O4-PAN膜后,具有超亲水性,空气中水接触角从141°降低为0 °。油水乳液通量为2764 L·m-2·h-1 时,PDA- Fe3O4-PAN膜对十六烷、辛烷、菜籽油等油水乳液的油水分离效率均大于95 %。膜发生污染以后,对分离效率低于80 %的PDA- Fe3O4-PAN膜,施加强度为500 Gs的振荡磁场处理15分钟,振荡频率为75 Hz,油水分离效率恢复到95 %以上,重复8次,油水分离效率仍高于95 %。 |
语种 | 中文 |
源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60892] ![]() |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 王雅洁. 磁响应抗污染油水分离膜的制备及应用[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021. |
入库方式: OAI收割
来源:过程工程研究所
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