RGO_PC多孔整體材料制備及其油水分離性能研究

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1、學校代碼１０４５９學號或申請?zhí)枺玻埃保担玻玻保梗玻矗罚矗崳姡烂芗墸崳姡耄ィ崳妼I(yè)碩士學位論文ＲＧＯ／ＰＣ多孔整體材料制備及其油水分離性能研究作者姓名：王迎珂導師姓名：申長雨教授王波副教授專業(yè)學位名稱：材料工程培養(yǎng)院系：材料科學與工程學院完成時間：２０１８年４月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterFabricationandOil/WaterSeparationPerformanceofPorousRGO/PCMonolith

2、sByYingkeWangSupervisor:Prof.ChangyuShenAssociateProf.BoWangMaterialsEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringApril2018摘要摘要近年來，由于石油的溢出和有機化學物質的泄漏導致了全球范圍內水污染的頻繁出現(xiàn)，使得人類的生產(chǎn)生活和生物的棲息地受到了嚴重的破壞。因此，如何快速地對油污染水源進行高效的油水分離已經(jīng)成為了當前迫切需要解決的問題。目前有很多種方法已經(jīng)被報道用于處理油水分離，比如說：撇油器、固化劑、分散劑、生

3、物可降解、控制燃燒、物理擴散以及吸附材料等。然而，這些方法在實際應用中仍存在一些限制，例如：較高的花費、較低的效率、較差的循環(huán)能力、產(chǎn)生有害副產(chǎn)物等。近些年，具有超浸潤性能的聚合物基多孔整體材料由于顯著的疏水性在油水分離領域吸引了國內外學者極大的興趣，因為在油水分離的過程中只有油能夠被吸附而水被完全阻隔在多孔整體材料的外面，極大的提高了油水分離的效率。基于之前開創(chuàng)性的工作，開發(fā)具有新奇的超疏水/超親油聚合物基多孔整體材料用于高效的油水分離具有重大的意義。本文以聚碳酸酯(PC)和還原氧化石墨烯(RGO)為原料，采用熱影響非溶劑誘導相分離的方法

4、(TINIPS)制備出具有超疏水/超親油特性的RGO/PC多孔整體材料(RGO含量為1wt%)。采用掃描電子顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜儀、比表面積及孔徑分析儀和接觸角測試儀等儀器，對RGO/PC多孔整體材料的微觀結構及油水分離性能進行了表征，研究結果如下：(1)RGO/PC多孔整體材料具有獨特的微納米結構。在微米尺度下，RGO/PC多孔整體材料的形貌是由顆粒組成的珊瑚狀粒子簇。這些粒子的尺寸在7-20μm之間隨機分布。在高倍數(shù)下，這些微米級的顆粒是由三維連通多孔巢狀結構組成，不同尺寸的納米纖維相互搭接在一起形成了連續(xù)的骨架和納米級的孔；(2

5、)RGO/PC多孔整體材料的水接觸角為156°，油接觸角為0°，展現(xiàn)了優(yōu)異的超疏水/超親油性；(3)RGO/PC多孔整體材料的超疏水/超親油性使其能夠有效地對油水混合物中的油進行選擇性吸附，進而達到油水分離的目的；(4)RGO/PC多孔整體材料對不同種類的油和有機溶劑有較好的吸附能力，且飽和吸附容量達到自身重量的5.47-15.8倍。對吸附的RGO/PC多孔整體材料做循環(huán)使用性能的測試，結果表明經(jīng)過十次循環(huán)后的RGO/PC多孔整體材料依然能保持較好的吸附能力。隨后，研究了RGO含量對RGO/PC多孔整體材料微觀結構和油水分離性能的影響。研究

6、結果表明：(1)RGO含量在0.5-2wt%范圍內時，隨著RGO含量的I摘要增加，多孔整體材料的孔尺寸呈現(xiàn)出增加的趨勢，這主要歸因于RGO對骨架具有支撐作用，使得多孔材料保持了較好的孔結構。隨著RGO的含量繼續(xù)增加(3wt%)，更多的RGO納米片由于范德華力和π-π堆疊作用團聚在一起，導致了支撐作用和孔尺寸的降低。因此，當RGO的含量是2wt%時，RGO/PC多孔整體材料具有最大的孔尺寸分布和孔隙率(91.3%)；(2)由于材料的微觀結構對其宏觀疏水性具有決定性的作用，當RGO的加入量是2wt%時，RGO/PC多孔整體材料的疏水性最好(水接

7、觸角達到161°)，其對各種油和有機溶劑的飽和吸附容量最大(吸附容量為自身重量的7.88-17.57倍)。關鍵詞：聚碳酸酯還原氧化石墨烯多孔整體材料相分離油水分離IIAbstractAbstractInrecentyears,frequentoccurrencesofwaterpollutioncausedbyoilspillandchemicalleakagehaveledtosevereenvironmentaldestructiononaglobalscale,whichleadtotheproductionofhumanandhab

8、itatoflifehasbeenseverelydamaged.Hence,howtoquicklyandefficientlyconductoil/waterseparati