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纤维素基吸油材料的制备及其性能研究

2020-12-02阅读(288)

纤维素基吸油材料的制备及其性能研究

论文摘要

近年来海洋石油勘探和海上石油运输业发展越来越快,随之带来的石油及其衍生物的泄露问题也愈发严重。溢油事故不仅对生态环境造成危害,也严重影响着人类健康并带来严重的经济损失。因此各国也愈发重视溢油问题并积极制定相关的应急措施。根据溢油发生的地点环境以及油污的性质,通常采用化学法、物理法、生物法和吸附法中的一种或几种进行处理。其中吸附法见效快,使用便捷,尤其是纤维素基吸油材料还具有成本低,可生物降解,对环境无二次污染等优点,成为当下研究的热点。本研究提出了一种简易环保高效的方法制备纤维素基吸油材料:采用机械粉碎对纤维素基原材料进行预处理,使原材料变得蓬松,降低了结晶度提高了空隙率,然后采用涂覆法对纤维进行疏水改性,从而制备出吸附量高,油水选择性好的新型纤维素基吸油材料。本文原材料选用生活中常见的废纸板、灯心草和木屑,采用以上方法成功制备了三种吸油材料,并评价了它们的吸油性能,探究了吸油机理。主要结论如下:废纸板经过机械粉碎后,少量多次涂覆疏水剂,最佳改性剂用量为15%疏水剂I加10%疏水剂II。XRD结果表明机械处理降低了原材料的结晶度,FTIR、SEM和CA测试证实了纤维表面成功涂覆了疏水剂。以废纸板制备的吸油材料对机油的吸附量为28.12g/g,可吸附多种油类和有机溶剂。对水面浮油和水底重油都有很好的油水选择性,在水中振荡12h后保持最大吸附量的97.3%且依然漂浮于水面,经过挤压可回收90%的吸附质,循环使用8次依然保持初始吸油量的70%以上。随着温度的升高吸附量逐渐下降,随着pH、盐度和振荡频率的增大,吸附量先增大后减小,但整体波动小,说明该吸油材料受环境因素影响较小。制备的改性灯心草,改性木屑吸油材料,对机油的吸附量分别达到37.28g/g,13g/g。随着粒径的减小,吸附量先增大后减小。两种吸油材料都有良好的油水选择性,可吸附多种油类和有机溶剂,漂浮性好可循环使用8次。三种吸油材料均符合Lagergren准二级动力学方程和Langmuir吸附等温模型,说明吸附过程不仅发生了物理吸附,也有化学吸附,而且是单分子层吸附。吸附过程时间短吸附量大,而解析过程耗时长且释放量小。三种吸油材料吸附时具有明显的毛细管作用力,实验发现,材料的堆积密度影响着材料的吸附量和吸附速率,随着堆积密度的增大,吸附量和吸附速率都呈现出先增大后减小的趋势。与聚丙烯纤维制成的传统吸油毡相比,所制备的吸油材料具有明显的成本优势。使用便捷,可装入无纺布袋子,做成吸油枕,也可直接抛洒进行吸附,配合围油栏进行回收。最重要的是原材料可自然降解,作为燃料燃烧,主要产生CO2,对环境无二次污染。综上,本文提出的制备方法和制备的吸油材料均具有良好的应用前景。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1. 溢油的污染现状及危害
  •     1.1.1. 溢油的污染现状
  •     1.1.2. 溢油的危害
  •   1.2. 溢油的处理方法
  •     1.2.1. 化学法
  •     1.2.2. 物理法
  •     1.2.3. 生物法
  •     1.2.4. 吸附法
  •   1.3. 吸油材料的分类
  •     1.3.1. 无机类吸油材料
  •     1.3.2. 有机合成类吸油材料
  •     1.3.3. 天然有机类吸油材料
  •   1.4. 纤维素纤维应用现状
  •   1.5. 纤维素基吸油材料的制备方法
  •     1.5.1. 物理法
  •     1.5.2. 化学法
  •     1.5.3. 生物法
  •   1.6. 本论文研究意义及主要内容
  •     1.6.1. 研究意义
  •     1.6.2. 主要研究内容
  • 第二章 改性废纸吸油材料的制备及吸油性能评价
  •   2.1. 引言
  •   2.2. 实验部分
  •     2.2.1. 实验原料与设备
  •     2.2.2. 改性废纸吸油材料的制备
  •     2.2.3. 测试和表征
  •     2.2.4. 吸油性能测试
  •   2.3. 结果与讨论
  •     2.3.1. 最佳改性条件的确定
  •     2.3.2. 测试和表征分析
  •     2.3.3. 吸油性能分析
  •   2.4. 本章小结
  • 第三章 改性灯心草和改性木屑吸油材料的制备及吸油性能评价
  •   3.1. 引言
  •   3.2. 实验部分
  •     3.2.1. 材料与仪器
  •     3.2.2. 材料粒径对吸附量的影响
  •     3.2.3. 吸油材料的制备
  •   3.3. 结果与讨论
  •     3.3.1. 对不同种类油及化学试剂的吸收特性
  •     3.3.2. 油水选择性测试
  •     3.3.3. 保油性能测试
  •     3.3.4. 沉降性能测试
  •     3.3.5. 使用性能测试
  •   3.4. 本章小结
  • 第四章 改性纤维素基吸油材料的吸油机理研究
  •   4.1. 引言
  •   4.2. 实验部分
  •     4.2.1. 实验材料与仪器
  •     4.2.2. 吸附动力学实验
  •     4.2.3. 解析过程实验
  •     4.2.4. 吸附等温线实验
  •     4.2.5. 毛细管力实验
  •   4.3. 结果与讨论
  •     4.3.1. 吸附动力学研究
  •     4.3.2. 解析过程研究
  •     4.3.3. 吸附等温线拟合
  •     4.3.4. 材料的毛细管力
  •   4.4. 本章小结
  • 结论与展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间取得的研究成果
  • 致谢
  • 附表

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 刘嘉佩

    导师: 王习文

    关键词: 纤维素纤维,溢油,吸油材料,吸油机理

    来源: 华南理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 海洋学,化学,有机化工,环境科学与资源利用

    单位: 华南理工大学

    分类号: X55;O647.3;TQ317

    DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.001309

    总页数: 81

    文件大小: 5216K

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