层级多孔聚酰胺的快速制备及其油吸附性能研究

论文摘要

随着经济的快速发展,各类溢油事故的频繁发生对海水水质和生态环境造成的油类污染也随之加重。为有效降低其造成的危害,保护我国及世界的水体环境,开展高效吸油材料的制备及应用研究具有极其重要的研究价值。其中,采用多孔材料作为吸附剂处理油类污染被认为是更经济、有效的方法之一。优良的吸油材料应具有优异的浮力,高吸收能力,低成本,可重复使用或可生物降解的特点。改性聚氨酯、纤维素气凝胶、碳海绵等吸油材料由于其制备工艺复杂和成本较高的劣势限制了其产品的广泛应用,而实现吸附剂快速制备的研究相对较少。本文提供了一种高效且低成本的方法可以快速制备多孔聚酰胺,获得的产品可用作吸附剂。并对材料进行吸附性能改性和疏水改性,最终获得了价格低廉、工艺简单、吸附倍率高、吸附速率快、可循环使用和可选择性吸附的高效吸油材料。在本工作中,通过简便的溶液发泡的方法制备多孔聚酰胺材料。在该方法中,碳酸钠(SC)水溶液充当发泡剂,其与甲酸(FA)反应,产生CO2,同时引起PA的相分离。研究了PA/FA溶液浓度和Na2C03浓度对制备的PA泡沫塑料微观结构和物理性能的影响。其次,通过共混有机蒙脱土的方法改善材料的吸附性能,通过SEM、差示扫描量热法、孔隙率等测试表征不同组份的有机蒙脱土对材料性能的影响。结果表明,有机蒙脱土比例的增加使吸附容量提高到原来的203%,此时样品对真空机械泵油的吸附能力最强(22.1g/g)。最后,采用化学改性的方法对吸附改性后的材料进行疏水处理。在甲基三氯硅烷/正己烷溶液中浸涂,以甲基三氯硅烷浓度和浸涂时间为实验变量。结果表明随着甲基三氯硅烷浓度的增加和浸涂时间的延长可增大材料的疏水性能。但是,甲基三氯硅烷浓度超过0.5%时材料结构遭到破坏。在保证材料疏水性和节约资源的基础上,最佳改性条件为甲基三氯硅烷浓度为0.5%,处理时间为20min。疏水改性后材料的水接触角为114°,对真空机械泵油的吸附倍率高达21.6g/g,其次该材料具有吸附速率快和可循环使用的特点。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 水体油污染的来源

1.2 水体油污染的危害

1.3 油类污染处理方法

1.3.1 化学法

1.3.2 生物法

1.3.3 物理法

1.4 吸油材料的研究现状及分类

1.4.1 无机吸油材料

1.4.2 天然有机吸油材料

1.4.3 有机合成吸油材料

1.5 吸油材料改性

1.6 聚酰胺概述

1.6.1 聚酰胺6的结构与性能

1.6.2 聚酰胺吸附材料的研究进展

1.7 本论文的研究目的意义及研究内容

1.7.1 研究目的

1.7.2 研究意义

1.7.3 研究内容

1.8 技术路线

第二章实验原料、样品制备及表征

2.1 实验原料及仪器

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器

2.2 样品的制备

2.2.1 层级多孔聚酰胺的制备

2.2.2 有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺的制备

2.2.3 有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺的疏水处理

2.3 样品的表征

2.3.1 SEM

2.3.2 DSC测试

2.3.3 导热率测试

2.3.4 力学性能测试

2.3.5 密度和孔隙率

2.3.6 接触角测试

2.3.7 红外分析

2.3.8 X衍射分析

2.4 吸油性能的表征

2.4.1 吸附倍率测定方法

2.4.2 循环使用性测定方法

第三章层级多孔聚酰胺的成型机理和物理性能研究

3.1 制备与表征

3.1.1 实验原料及仪器

3.1.2 层级多孔聚酰胺的制备

3.1.3 层级多孔聚酰胺的表征

3.1.4 层级多孔聚酰胺吸油性能的测定方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 SEM

3.2.2 DSC

3.2.3 X射线衍射分析

3.2.4 热导率测试

3.2.5 压缩性能测试

3.3 吸油性能测试

3.3.1 吸附倍率测试

3.3.2 吸附动力测试

3.3.3 循环吸附测试

3.4 本章小结

第四章基于有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺的吸附性能

4.1 蒙脱土概述

4.1.1 蒙脱土的结构及特点

4.1.2 蒙脱土的有机改性

4.2 制备与表征

4.2.1 实验原料及仪器

4.2.2 有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺的制备

4.2.3 有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺的表征

4.2.4 有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺吸油性能的测定方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 SEM

4.3.2 DSC

4.3.3 密度和孔隙率

4.4 吸油性能测试

4.4.1 吸附倍率测试

4.4.2 吸附动力测试

4.4.3 循环性能测试

4.5 本章小结

第五章有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺的疏水处理

5.1 制备与表征

5.1.1 实验原料及仪器

5.1.2 有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺的疏水处理

5.1.3 疏水有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺的表征

5.1.4 疏水有机蒙脱土共混改性多孔聚酰胺吸油性能的测定方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 SEM

5.2.2 接触角测试

5.2.3 红外测试

5.3 吸油性能测试

5.3.1 吸附倍率测试

5.3.2 与其他吸油材料进行比较

5.3.3 吸附动力测试

5.3.4 循环性能测试

5.4 本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 艾芳芳

导师: 刘雍

关键词: 多孔聚酰胺,快速制备,成型机理,有机蒙脱土,吸附性能,疏水亲油

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,有机化工,有机化工,环境科学与资源利用

单位: 天津工业大学

分类号: X55;TQ323.6;TQ424

总页数: 77

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