油水分离简介及应用

用于油水分离的超润湿纤维膜的设计和制造CONTENTS研究背景A性能表征B合成工艺C总结展望D目录01研究背景淡水短缺工业加工产生的含油废水原油泄漏研究背景研究背景01油栅、撇油器、屏障以及天然和合成的吸收体构成了一个典型的机械清理系统02原位燃烧、化学分散剂和化学固化03微生物降解含油废水中的碳氢化合物04选择不同的过滤膜选择性分离混合物机械方法化学方法生物方法膜分离技术膜分离优点环境友好，常温操作简单易操作选择性多，可以分离复杂的油水混合物010203研究背景膜分离的工作原理根据表面孔径分类M.Padakietal./Desalination357(2015)197–207根据膜分离材料的组成，可分为三大类：聚合物主导的过滤膜•聚合物一般为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜•大多数聚合物是亲油性，造成膜污染陶瓷过滤膜•较高的化学稳定性、热稳定性和机械稳定性，适合在腐蚀性、高温等恶劣环境中使用•孔径限制纳米材料的超薄过滤膜•碳纳米管、纳米线、纳米纤维•直径小，由这些结构组成的膜既可以具有可调节的有效孔径，又可以在纳米尺度上具有超薄的活性分离层研究背景Nature.NPGAsiaMaterials(2014)6,e101;doi:10.1038/am.2014.23纤维基膜的分类优点多种纤维素可以选择产生的孔洞可以选择性分离油水混合物比表面积大有利于微尺度或纳米尺度粗糙度结构的构建和润湿性改性研究背景ChemicalEngineeringJournal364(2019)292–30902纤维基膜在油/水分离中的优异性能超疏水/超亲油特性超亲水/水下超疏油润湿性Janus润湿性智能润湿性纤维基膜特性高静态水接触角（150°）和低滑动角（10°）超亲水性显示出与超疏水相反的润湿现象，是由Toto有限公司研究所于1955年发现的。广义的Janus膜：膜两侧具有不同性质的分离膜狭义的Janus膜：必须要求膜两侧有着相反的性质。润湿性可控的智能表面在外部条件（光照、电场、热等）的刺激下，润湿特性可发生可逆转变。LotusEffect低表面自由能的蜡层分层粗糙结构制造超疏水表面方法：增加低表面能表面的粗糙度降低粗糙表面的表面能荷叶的特殊超疏水性：两步法溶胶凝胶法制晶种膜优先C轴取向一步法制造超疏水纤维素/双氢氧化物（LDH）层状膜分层粗糙结构J.Am.Chem.Soc.,126(2004),pp.62-63Chem.Eng.J.,328(2017),pp.117-123超疏水/超亲油特性油接触角（OCA）高达156.1±1.8°油滴定向（头→尾）滚动软光刻合成鳕鱼皮肤的复制表面Adv.Funct.Mater.,24(2014),pp.809-816超亲水/水下超疏油润湿性制备流程PANEN侧高效水包油乳液分离CNT侧高效油包水乳液分离Janus润湿性Carbon,115(2017),pp.477-485CO2作为触发剂来调节表面超亲油性和超疏油性适用于己烷、石油醚、正庚烷等智能润湿性Angew.Chem.Int.Ed.,54(2015),pp.8934-893803分类及合成方法纤维基膜01金属网状膜01自然纤维基膜02碳纳米管膜02静电纺丝纤维膜03氧化物纤维膜金属网状膜图.金属网状膜的SEM图像2004年LeiJiang首次制备油水分离金属网状膜制备乳液聚四氟乙烯(30wt%)胶粘剂(聚醋酸乙烯酯）(10wt%)分散剂(聚乙烯醇）(8wt%)表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠）(2wt%)去离子水(50wt%)乳液喷涂均匀喷涂在不锈钢基板上（干燥压缩空气，0.6MPa）加热分解烘箱350℃30minAngew.Chem.Int.Ed.116(2004)2046–2048.010203碳纳米管膜Adv.Mater.25(2013)2422–2427.图.SEM图像图.宏观图像2013年ZhunShi成功制备超薄自支撑多壁碳纳米管网络膜1碳纳米管分散液[多壁碳纳米管粉，甘油，κ卡拉胶，3-(N,N-二甲基芳基胺)-丙磺酸盐，去离子水]混合、离心取上清液2抽滤3分离-利用丙酮溶解MCE滤膜氧化物纤维膜Separ.Purif.Technol.75(2013)243–248.2013年Zhou等成功制备纳米ZrO2包覆商用Al2O3微滤膜图.TEM图像自然纤维基膜2014年Cortese等制备了一种类金刚石碳涂层棉织物膜J.Mater.Chem.A2(2014)6781–6789.图（a）原始的；（b）10min氧气等离子体处理；（c）类金刚石碳涂层沉积后的棉织物纤维1氧气等离子体处理2类金刚石碳涂层的沉积静电纺丝纤维膜J.Mater.Chem.A2(2014)10137–10145.04总结展望010203厚度，润湿性，孔径，分离效率和分离助熔剂之间的关系是需要解决的重要问题处于实验阶段，推广到实际应用纤维基材的机械稳定性较差重油对分离材料的污染总结展望ThankYou！