油水分離超疏水材料

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：油水高效分離超疏水材料的制備子題：專 業(yè)：一.化學(xué)工程與工藝指導(dǎo)教師：.翟尚儒學(xué)生姓名：王忠一班級-學(xué)號：化工.1.01-262014 年 6 月大連工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）油水高效分離超疏水材料的制備The preparation of oil and water efficient separation of superhydrophobic material設(shè)計(jì)（論文）完成日期2014年6月5日學(xué)院：輕工與化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)生姓名：王忠一班級學(xué)號：化工101-26指導(dǎo)教師：翟尚儒評閱教師：摘要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都在持續(xù)穩(wěn)定的向前。但

2、是在發(fā)展 中有利有弊，近年來，發(fā)生過很多起原油和有機(jī)物泄漏爆炸事件，油田采出水被原油污染，這對我們周圍的環(huán)境造成了嚴(yán)重污染， 對我們的飲食造成了嚴(yán)重 傷害。因此，迫切需要一種高效，低廉，對環(huán)境友好的方法來處理這些問題， 通過制備超疏水材料進(jìn)行高效的油水分離。近年來，隨著人口數(shù)目的增加，所需資源的增加，我們周圍的污染俯拾皆 是。油污染作為一種常見的污染，對環(huán)境和生態(tài)平衡危害極大，因此如何經(jīng)濟(jì)， 高效的完成油水分離是解決目前環(huán)境污染的有效方法之一。有關(guān)超疏水的基礎(chǔ) 理論研究開始于上世紀(jì)50年代，一般將與水接觸角大于150°的表面就稱之 為超疏水表面。因其優(yōu)越的自潔性有望在國防，眾多工業(yè)領(lǐng)

3、域和日常生活等方 面有廣闊的應(yīng)用前景，研究工作備受各國重視。本論文介紹了油水分離的基本原理應(yīng)用及構(gòu)造超疏水材料的基本原理，綜述了近年來超疏水材料的制備方法，簡述了超疏水性表面的特征，以及近年來 超疏水性材料在日常生活，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防等領(lǐng)域中的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用，同 時也展望了超疏水性材料的研究趨勢，前程似錦。關(guān)鍵詞：油水高效分離；超疏水性材料；制備；AbstractWith the continu ous developme nt of scie nee and tech no logy, all walks of life are steadily forward. But in the de

4、veloping deeply, in recent years, a lot has happened on crude oil and organic matter leak explosion, oilfield produced water are polluted by oil, which caused serious polluti on to the en vir onment around us, caused serious damage to our diet. Therefore, an urge nt n eed to a highly efficie nt, che

5、ap, en viro nmen tally frie ndly way to deal with these problems, through the preparation of super hydrophobic materials for efficient oil-water separation.In rece nt years, with the in crease of populati on, the in crease of the n eeded resources, the pollution around us everywhere. Oil pollution a

6、s one kind of com mon polluti on, great harm to the en vir onment and ecological bala nee, so how to economic, efficient completion of the oil-water separation is one of the effective methods to solve the en vir onmen tal polluti on. Basic theory research about super hydrophobic bega n in the 1950 s

7、, the gen eral will work with the surface of the water con tact An gle is greater tha n 150 is called super hydrophobic surface. Because of its superior self-clea ning is expected in the defe nse, many in dustrial fields and daily life etc have broad application prospects, research work have been pa

8、id much attention by all countries.This paper introduces the application and the basic principle of oil-water separation structure, the basic principle of super hydrophobic materials were reviewed in recent years, super hydrophobic materials preparation methods, this paper expounds the features of s

9、uper hydrophobic surface, as well as in recent years, super hydrophobic materials in daily life, industry, agriculture, national defense and other fields in the present research situation and application, and also prospects the research trend of super hydrophobic materials, future.Key Words: Oil and

10、 water separation; Super hydrophobic materials; Preparation目錄摘 要 IAbstract n目 錄1第一章綜述21.1油水分離的原理及意義21.1.1 油水分離器的原理及分類 21.1.2 油水分離方法 21.1.3 油水分離技術(shù)應(yīng)用 31.1.4 油水分離研究的意義 51.2超疏水材料理論簡介及研究5超疏水的理論基礎(chǔ) 51.2.2 自然界中的超疏水現(xiàn)象 6超疏水表面材料簡介 61.2.4 超疏水材料的研究及應(yīng)用71.3超疏水表面制備方法及應(yīng)用81.3.1 超疏水表面制備方法81.3.2 超疏水表面材料應(yīng)用91.4本課題的研究內(nèi)容及意

11、義 91.5本課題的研究目的及特色 10第二章實(shí)驗(yàn)部分112.1實(shí)驗(yàn)材料和儀器設(shè)備112.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及來源 112.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器 112.2實(shí)驗(yàn)材料的制備122.2.1 干凝膠的制備 122.2.2 超疏水性濾紙，棉布的制備 13第三章結(jié)果與討論143.1實(shí)驗(yàn)測試表征方法 14接觸角測量143.1.2 紅外光譜儀測量 153.2影響干凝膠制備的因素163.2.1 反應(yīng)條件的影響163.2.2 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物處理163.3 超疏水性濾紙，棉布制備的影響因素 163.3.1 影響超疏水性濾紙制備的因素 163.3.2 影響超疏水性棉布制備的因素16第四章總結(jié)18參考文獻(xiàn)19致謝21引言近

12、年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)以及工業(yè)化的快速發(fā)展， 科技不斷創(chuàng)新，這是一件 值得所有人高興的事，但是在我們歡呼喜迎新時代的同時，總有一些不利因素。 環(huán)境污染問題已經(jīng)成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)，并成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問題之 一。眾所周知，頻繁發(fā)生的原油和有機(jī)物泄漏給環(huán)境和生態(tài)造成了嚴(yán)重破壞。 對于泄漏到水體的原油和有機(jī)物，傳統(tǒng)的解決辦法有用微生物分解，用稻草， 毛發(fā)，活性炭等吸附，或用分散劑把油等有機(jī)物分散 。用微生物處理速度慢， 用稻草，毛發(fā)等吸附吸油率不高，吸油效率低，在吸油的同時吸水?；钚蕴啃?要在800C的高溫下活化，操作不便，循環(huán)使用困難。用分散劑會對環(huán)境造成 二次污染。水是生命的源泉，是寶貴的自然資

13、源，我們要想活的健康長久，就要從根 源上解決上述油水分離問題，這決定我們的生命乃至下一代持續(xù)健康的發(fā)展， 因而人人都要提高警惕，不能掉以輕心。油水重力分離器具有結(jié)構(gòu)簡單，造價 低廉，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在油田脫水以及污水處理等領(lǐng)域得到了廣 泛的應(yīng)用2。但是由于影響油水重力分離器效果的因素有多重性和復(fù)雜性，研 究發(fā)現(xiàn)在工程應(yīng)用中出現(xiàn)了短路流， 返混以及乳化等現(xiàn)象，使分離效果受到嚴(yán) 重影響。因此，對油水重力分離設(shè)備內(nèi)流動性以及分離效果的影響因素需要進(jìn) 行進(jìn)一步深入研究。此外，超疏水性材料的制備也是解決上述問題的方法之一， 由于超疏水性材料具有許多獨(dú)特的表面性能，如自清潔、防腐蝕、生物相容性

14、及超疏水性等，廣泛的應(yīng)用到日常生活，國防及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，吸引了 人們對超疏水性材料研究的極大興趣。本文主要研究油水高效分離超疏水材料的制備， 通常，超疏水材料簡單理 解就是材料表面于水滴的接觸角達(dá)到或者超過 150°這一系列材料的統(tǒng)稱。具 有超疏水特性的材料在自清潔，鋰-空氣電池隔膜材料，防凍材料，油水分離 材料等各種工程材料都有其潛在的應(yīng)用價值4，推動了該研究領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。第一章綜述1.1油水分離的原理及意義油水分離器的原理及分類油水分離器原理主要是根據(jù)水和燃油的密度差，利用重力沉降原理去除雜 質(zhì)和水分的分離器，內(nèi)部還有擴(kuò)散錐，濾網(wǎng)等分離元件。其分類如下：（1）空壓機(jī)用壓縮空

15、氣油水分離器，用于分離壓縮空氣中凝聚的水分和油分等雜質(zhì)，使 壓縮空氣得到初步凈化，一般使用壓力為 0.1Mpa- 2.5Mpa。（2）船用通過船用油水分離器可以對船舶上的各種燃料油， 密度極高的殘余渣油以 及由氧化鐵，表面活性劑等配置的乳化液混合物艙底水進(jìn)行有效處理。（3）車用國三標(biāo)準(zhǔn)下采用高壓共軌發(fā)動機(jī)的車型對柴油的要求質(zhì)量更高， 因?yàn)槿绻?柴油里面有水或雜質(zhì)沒有過濾干凈，會導(dǎo)致噴油器卡死，或者排放黑煙等故障， 影響車的正常運(yùn)行。為了能讓發(fā)動機(jī)更好的運(yùn)轉(zhuǎn)，再加裝一套油水分離器就可 以了。（4）餐飲用餐飲油水分離器適用于含油污水排放污染較為嚴(yán)重的城市環(huán)境，該油水分 離器安裝在下水道的出口處，用

16、來阻止油類及垃圾排入下水道的裝置， 主要材 質(zhì)有玻璃鋼，不銹鋼等。由于其先進(jìn)的設(shè)計(jì)發(fā)明，能阻止油率高達(dá) 90沖上。油水分離方法油水分離常用的方法有重力沉降分離法，旋液分離法，化學(xué)破乳法，電脫 法，過濾法和聚結(jié)法等。（1）重力沉降分離法重力沉降分離法是最基礎(chǔ)最簡單的初級分離方法，其分離的依據(jù)是：由于油水兩相互不相容，且存在密度差異，當(dāng)油與水處于不穩(wěn)定的乳化狀態(tài)或經(jīng)電 或化學(xué)劑破乳后的非乳化狀態(tài)時，分離過程中輕相的油上浮，重相的水下沉， 從而實(shí)現(xiàn)油水分離。沉降分離一般在隔油池中進(jìn)行，常見的有平流式，平行板式，波紋板式等。 要想實(shí)現(xiàn)該設(shè)備分離更有效，可以增大油水兩相間的密度差，增大浮升油滴的 直徑或

17、降低水相粘度等。（2）旋液分離法旋液分離法是利用兩相密度的不同，使高速旋轉(zhuǎn)的非均相體系產(chǎn)生不同的 離心力，從而實(shí)現(xiàn)分離的一種方法。該離心設(shè)備可以達(dá)到非常高的轉(zhuǎn)速， 因此 可以較為徹底的實(shí)現(xiàn)油水分離（3）化學(xué)破乳法化學(xué)破乳法就是在油水乳狀液中加入化學(xué)劑使乳狀液破壞的方法。主要 有三種：電解質(zhì)破乳，熱化學(xué)破乳和低溫化學(xué)破乳。（4）電脫分離法電脫法是在油水混合液中加入電極，原油中水?dāng)y帶的正電荷在電極處凝結(jié) 脫掉，從而達(dá)到油水分離。電脫法的原理就是乳狀液置于高壓電場中，由于電場對水滴的作用使其碰撞，聚合成更大的水滴。通常情況下電脫法不能單獨(dú)使 用，而是作為其他處理方法的后序過程，電脫法是國內(nèi)油田主要應(yīng)

18、用的油水分 離方法。（5）過濾法過濾法就是讓廢水透過設(shè)有小孔的裝置，進(jìn)而使廢水中的懸浮物得以去除 的方法，油田通常采用的過濾的方式使污水中的部分原油和固體懸浮物滯留在 濾層中，含油廢水就得到了凈化處理，常用的過濾方法有三種：分層過濾，隔膜過濾和纖維介質(zhì)過濾。（6）聚結(jié)分離法聚結(jié)分離法是使油滴與聚結(jié)介質(zhì)表面發(fā)生的吸附， 碰撞等作用形成的更大 油滴，進(jìn)而完成油水分離。油水分離技術(shù)應(yīng)用隨著科技時代的不斷發(fā)展，通過國內(nèi)外科研人員的不懈努力，在油水分離領(lǐng)域還是有很大的進(jìn)步和新發(fā)現(xiàn)，其應(yīng)用很廣泛：（1）EPS油水分離EPS是一種高效的油水分離裝置，應(yīng)用廣泛，不僅便于操作，而且處理費(fèi) 用低，目前EPS已被國

19、內(nèi)外應(yīng)用到眾多含油廢水處理工程中。它融合當(dāng)今先進(jìn)的板式除油和粗粒化聚結(jié)技術(shù)，集污水的預(yù)處理，油水分離及二次沉淀和油的 回收于一體，具有高效的分離效果，容易操作維護(hù)等特點(diǎn)。（2）波紋板油水分離波紋板油水分離技術(shù)是重力分離和聚結(jié)分離結(jié)合的一項(xiàng)新型油水分離技 術(shù)，理論依據(jù)就是以斯托克斯公式，集中于淺池原理和聚結(jié)技術(shù)兩個方面的強(qiáng) 化分析。正是基于以上原理，采用多層波紋板組，通過縮短油滴升高度來提高 油滴分離效率，小油滴在運(yùn)動過程中不斷聚結(jié)變大，通過一系列作用形成油膜， 并沿板面移動脫落，而水相由于重力作用沉降，到達(dá)下層波紋板的上表面，進(jìn) 而達(dá)到油水分離的目的。（3）原油脫水原油脫水是石油企業(yè)生產(chǎn)中的重

20、要環(huán)節(jié)，原油脫水工作必須要為油田提供 一個投資省，經(jīng)濟(jì)高效的脫水裝置，這就要求脫水設(shè)備經(jīng)久耐用，并且工藝流 程較少的設(shè)備，同時達(dá)到較好的分離效果，以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益。為達(dá)到上述目標(biāo)，首先要考慮到油田原油脫水的工藝技術(shù)， 還要不斷的開 發(fā)研究更高效的設(shè)備，正是因?yàn)槊撍ぷ髡卟粩嗟膶ζ浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和技術(shù)改 進(jìn)，發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，以提高設(shè)備工作效率。（4）井下油水分離9井下油水分離系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一種全新油水分離系統(tǒng)，可使原 油中的大部分水直接在井下分離，雖然井下油水分離有很多優(yōu)點(diǎn)，但近年來對 該技術(shù)的使用有所減少。1991年加拿大C-FERC程研究中心率先提出“井下油 水分離（Downhol

21、e Oil/Water Separation,DOWS ）”的設(shè)想，并進(jìn)行可行性研 究；1994年首次在Allianee油田進(jìn)行了試驗(yàn)，并獲得成功。目前為止，已有近 100套 DOWS經(jīng)在世界各地安裝并取得良好的效果。關(guān)于油水分離的應(yīng)用還有很多，在這里不一一列舉了，總之，在油水分離 的研究進(jìn)展方面還要有新的突破，這樣才能跟得上科技進(jìn)步的腳步，高效的油水分離對我們的生活，工作環(huán)境都有很好的改善作用，有待人類的進(jìn)一步專研。油水分離研究的意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人口劇增，世界上各行各業(yè)都在持續(xù)穩(wěn)定的發(fā) 展，但是在人們忙碌的同時，是否有人看到那令人惡心的城市廢水，生活污水， 工業(yè)廢水，油煙等，相信

22、在我們周圍不難發(fā)現(xiàn)，這樣的生活，工作環(huán)境對我們 的成長，身心健康毋庸置疑會有影響。因此我們要想營造一個舒服，清新的生 活工作環(huán)境，這就需要費(fèi)一番頭腦。通過幾代人的刻苦專研，不難發(fā)現(xiàn)，我們周圍的環(huán)境有所改善，城市污水， 工業(yè)廢水等都得到改善。油水分離技術(shù)的研究也就隨之引起人們的關(guān)注。近年來，國內(nèi)外對采油廢水的研究也有了長足發(fā)展，一些新的工藝流程，新技術(shù)， 新設(shè)備隨之而來。隨著科技的進(jìn)步，油水分離技術(shù)也在不斷的發(fā)展，目前的油水分離技術(shù)還 有待進(jìn)一步完善，這就要我們每一代人全力以赴，為了美好的生活，工作環(huán)境， 子孫后代持續(xù)健康的繁衍，我們務(wù)必再創(chuàng)輝煌。1.2超疏水材料的簡介及發(fā)展趨勢超疏水的理論基礎(chǔ)

23、10(1) 靜態(tài)接觸角靜態(tài)接觸角是指將液滴滴到固體表面，液滴會與固體表面有一定的角度， 它是表征固體表面潤濕性的重要指標(biāo)。接觸角就是液滴在固體表面達(dá)到的熱力 學(xué)平衡時所成的角度。(2) Wenzel 模型當(dāng)表面存在微小的粗糙結(jié)構(gòu)時，將液滴滴到上面，其潤濕性相對光滑表面 會有所不同，當(dāng)然液滴的接觸角會有所增加。Wenzel經(jīng)過多年觀察和研究，1936年定義了液滴在粗糙表面的接觸角。(3) Cassie 模型對于大多數(shù)粗糙表面，很多情況下并不能被液體完全潤濕，因而在未完 全潤濕的表面局部會充滿空氣，這便形成了固-液-氣三相的復(fù)合界面。通過長期對自然界存在的超疏水現(xiàn)象的研究，Cassie和Baxte

24、r于1944年對Wenzel等式進(jìn)行了補(bǔ)充，提出了 Cassie-Baxter等式。自然界中的超疏水現(xiàn)象11自然界中的超疏水現(xiàn)象有很多（如下圖），人們從自然界中植物表面的微 觀世界得到啟發(fā)，從而研究具有類似結(jié)構(gòu)的超疏水表面。科學(xué)家們通過模仿某 些具有獨(dú)特功能的動植物的微表面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而制備出與之相適應(yīng)的功能材料。自然界中像荷葉，玫瑰花和水澠腿等這樣的具有超疏水的動植物數(shù)不勝超疏水表面材料簡介12表面潤濕性是固體材料表面的一個重要特性， 它是由固體表面自有的特殊 微觀形貌和固體表面的化學(xué)組成共同決定，當(dāng)一滴液體滴到固體表面時，液體和空氣界面，固體界面會形成一個平衡的穩(wěn)定狀態(tài)， 在這種狀態(tài)下，把液體

25、與 固體界面形成的夾角就叫液體與該固體的靜態(tài)接觸角。 一般用靜態(tài)接觸角來判 斷液體與固體的潤濕性，當(dāng)液滴與固體表面的靜態(tài)接觸角9小于90°時，該固體表面呈親水性，9越小則親水性越好；當(dāng)9大于90°時，固體呈疏水性， 接觸角越大疏水性越好，固體表面與液滴的接觸角從 0到180°不等，其中把 接觸角大于150°的這類材料叫做超疏水表面材料。超疏水材料的研究及應(yīng)用冋陶曉彥等人14在研究對柱狀結(jié)構(gòu)陣列碳納米管膜的超疏水材料做出了很 大成就，并已經(jīng)成功制備出超疏水和超雙疏陣列碳納米管膜，超疏水聚合物納米纖維以及在PH值范圍內(nèi)表現(xiàn)出超疏水性的碳纖維薄膜，另外，還成功

26、的制 備出疏水納米結(jié)構(gòu)的無機(jī)半導(dǎo)體薄膜和具有超親水，超疏水可逆轉(zhuǎn)換納米結(jié)構(gòu) 的氧化鋅，從而研制出超疏水和超親水可以控制的界面納米材料。其應(yīng)用十分 廣泛，如下：(1) 在日常生活中的應(yīng)用夏天空調(diào)制冷時，換熱器表面會產(chǎn)生很多冷凝水，這就需要有專門的排水 管排到室外，這樣不僅降低空調(diào)的能效比，也容易發(fā)生漏水現(xiàn)象，更嚴(yán)重的會 造成室內(nèi)濕度減小，對生活工作帶來不利。然而，冬天空調(diào)制熱時，換熱器會 結(jié)霜，除霜時不得不關(guān)閉空調(diào)，這樣不僅浪費(fèi)電能，而且出現(xiàn)故障。經(jīng)科研 人員研究發(fā)現(xiàn)，如果換熱器的表面用超疏水材料處理后， 不不但能解決上述問 題而且能延長空調(diào)使用壽命，經(jīng)驗(yàn)證，其各項(xiàng)性能都達(dá)到國際指標(biāo)水平。(2)

27、 在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用科研人員通過傳統(tǒng)機(jī)械處理和分離納米二氧化硅的方法制備出微觀結(jié)構(gòu) 的超疏水表面涂膜，這種涂膜接觸角高達(dá) 173°，該法簡單易于實(shí)現(xiàn)制作大面 積的制品，超疏水涂抹因其獨(dú)特的性能，被人們廣泛的應(yīng)用。(3) 在國防領(lǐng)域中的應(yīng)用段輝等人15憑借簡單的工藝及設(shè)備，采取酸堿兩步催化的表面凝膠化技術(shù)，制備出具有有機(jī)涂層性能的超疏水涂層材料，其接觸角高達(dá)150°，可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如軍事艦船，潛艇表面等。1.3超疏水表面制備方法及應(yīng)用超疏水表面制備方法16自從人們從自然界認(rèn)識到超疏水現(xiàn)象以來，科研人員一直都在不斷的研究 具有更高超疏水性能的材料，隨著科技的不斷進(jìn)步，研究

28、人員研究出很多有關(guān) 超疏水表面的制備方法，如下：（1）模板法模板法就是按照某一結(jié)構(gòu)形狀制備模版，然后將所使用的材料填入模板， 等到材料成型后再去除模板的方法。Xu等人17研究的方法制得的超疏水表面 接觸角可達(dá)到161°，滾動角為3°。而Jia ng等人18利用電化學(xué)沉積法和擠 壓法制備的超疏水表面，接觸角都超過 150°,此法可以制得結(jié)構(gòu)規(guī)則的超疏 水表面，同時也可得到有特殊結(jié)構(gòu)形狀的圖形，靈活性比較好。（2）刻蝕技術(shù)刻蝕技術(shù)是指在外力作用下，使得物體表面出現(xiàn)一定的形貌特征， 其中包 括等離子刻蝕，激光刻蝕，化學(xué)刻蝕等等。該技術(shù)產(chǎn)生結(jié)果不僅與作用時間， 使用外力有

29、關(guān)，也與材料本身性質(zhì)有關(guān)。（3）層層自組裝技術(shù)層層自組裝技術(shù)能夠簡單廉價的制備出具有微納結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的立體 表面，這種技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠利用分子間相互作用，在分子水平上來控 制薄膜表面化學(xué)性質(zhì)和薄膜厚度。（4）溶膠凝膠法所謂溶膠凝膠法就是把含有高化學(xué)活性的組分化合物在溶液中混合至均 勻，待其形成穩(wěn)定的透明的溶膠體系，經(jīng)過一系列過程最終形成空間網(wǎng)絡(luò)三維 結(jié)構(gòu)凝膠，然后經(jīng)過干燥制得微納米結(jié)構(gòu)的方法。（5）靜電紡絲法靜電紡絲法可用于制備比較細(xì)的絲狀超疏水材料， 該法就是在外加高壓情 況下，利用它特殊的裝置，把存在的流體形式物質(zhì)以噴射發(fā)出， 可以發(fā)出很長 的距離，它的運(yùn)行路徑不是拋物狀而是螺旋狀

30、，到達(dá)收集裝置固化成纖維。超疏水表面材料應(yīng)用19超疏水材料憑借其特殊的微觀結(jié)構(gòu)及對水滴的潤濕性，在日常生活中和工業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。近幾年，超疏水材料不論是在科研探究還是 在實(shí)際應(yīng)用方面都有相當(dāng)迅速的發(fā)展。 因此，隨著時代的發(fā)展，超疏水材料在 我們生活中扮演著越來越重要的角色，其應(yīng)用范圍十分廣泛：（1）自清潔自從發(fā)現(xiàn)荷葉效應(yīng)現(xiàn)象之后，人們就致力于其表面結(jié)構(gòu)的研究，研究發(fā)現(xiàn)， 荷葉表面有納米級的突起，在其表面有一層蠟一樣的物質(zhì)覆蓋， 這種特殊物質(zhì) 和結(jié)構(gòu)導(dǎo)致荷葉能自我清潔。（2）超疏水纖維制品隨著科技的不斷發(fā)展，超疏水材料也有很大進(jìn)展，人們已經(jīng)不再滿足在金 屬基底，硅基底等表面制備超疏

31、水材料，而是把目光轉(zhuǎn)移到濾紙，棉布等軟性 材料，制備的超疏水纖維制品可應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如防水衣，防水布等，具有 很好的市場前景。（3）金屬防腐為了防止金屬在空氣中，液態(tài)環(huán)境下被腐蝕，在金屬表面制備防腐層是必 要的，因此，制備超疏水防腐層是防止金屬腐蝕的一種方法， 超疏水涂層可將 金屬與液態(tài)水或電解液隔離，避免進(jìn)行化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。（4）油水分離對新型超疏水表面材料而言，其中有一部分不僅能夠疏水，而且對油有良 好的浸潤性。這種超疏水材料可以用來油水分離，目前石油泄漏屢次發(fā)生，解 決這類問題迫在眉睫。王肅豪20等人成功制備出超疏水超親油新型濾紙。 超疏 水超親油新型材料可以很好的完成水中除油，

32、為水中油污的分離提供了非常有 利的幫助。1.4本課題的研究內(nèi)容及意義由于超疏水材料具有優(yōu)良的性能及廣泛的應(yīng)用前景， 把超疏水材料制備應(yīng) 用到現(xiàn)實(shí)生活中，為實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國夢的實(shí)現(xiàn)，是本文選題的一個原 因。本課題主要研究制備可以油水分離的超疏水材料以及超疏水材料的研究 進(jìn)展和方案。由于現(xiàn)實(shí)生活中需要油水分離的案例堆積成山，這嚴(yán)重影響到我 們的生活工作，因此，制備出油水分離的超疏水材料迫在眉睫。近幾年來，石 油原油和有機(jī)物的泄漏嚴(yán)重威脅到我們賴以生存的生活環(huán)境，不僅造成空氣污染，也導(dǎo)致水體污染，尤其是海上原油爆炸事件，不僅污染了海水，一些海洋 生物因此喪生。面對這種困難，人們不得不費(fèi)一番辛苦

33、去研究油水高效分離的 超疏水材料。綜上所述，人們自從發(fā)現(xiàn)超疏水現(xiàn)象以來，因其廣泛的研究應(yīng)用和巨大的 市場為前提，越來越得到極大關(guān)注。本文著重研究超疏水材料在油水分離方面 的應(yīng)用，通過借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，積極探索新的制備方法，深入研究油水分離效 果，從實(shí)際出發(fā)，找到更高效的油水分離超疏水材料。 這不僅關(guān)乎我們這一代 人持續(xù)健康的發(fā)展，而且關(guān)系到子孫后代繁衍。為了讓前人寶貴經(jīng)驗(yàn)的源遠(yuǎn)流 長，順應(yīng)科技的發(fā)展進(jìn)步，為我們的生活環(huán)境營造一個良好的氛圍， 每個人都 有責(zé)任致力于科技的發(fā)展，為制備油水分離的超疏水材料貢獻(xiàn)自己的力量。1.5本課題的研究目的及特色近年來，雖然對超疏水表面材料的研究方法日漸更新， 但

34、這些制備的超疏 水表面仍然局限在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，而且制備條件很苛刻，可控性差。有些暴露在空 氣中的超疏水表面材料，特別是一些暴露在酸，堿或電解質(zhì)溶液中的金屬超疏 水表面材料，這些表面材料易遭破壞，目前還沒有比較成熟方法技術(shù)防止超疏 水材料的破壞。所以，超疏水材料還處于發(fā)展的初級階段， 有很多方面都需要 進(jìn)一步改進(jìn)和專研。經(jīng)過多年的研究表明，超疏水表面材料在制備技術(shù)和實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用都有很大提高，仍有很長的一段路要走，這就需要我們每一代人的共同努 力。選本課題的特色之一就是要順應(yīng)歷史發(fā)展的腳步，探索前人留下的寶貴經(jīng) 驗(yàn)，進(jìn)一步發(fā)展和完善；其次我們更應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，從身邊的所感所見著手 解決周圍問題是本課題的

35、特色之二；至于特色之三，就在于凡事從基礎(chǔ)做起， 理論結(jié)合實(shí)際，從實(shí)驗(yàn)室開始不懈努力，走上漫無邊際的對知識的探索之路。第二章實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)材料和儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)材料及來源表2.1藥品試劑及來源藥品名稱純度生產(chǎn)廠家聚甲基含氫硅烷分析純aladdi n聚苯乙烯分析純aladdi n硫基丙基二甲氧基硅烷分析純aladdi n無水乙醇分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司四氫呋喃分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司正硅酸乙酯分析純天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器主要儀器：見下表表2.2主要儀器及來源儀器名稱規(guī)格數(shù)量燒杯50ml 100ml 250ml若干量筒

36、10ml 25ml若干移液管1吸耳球1主要設(shè)備：見下表表2.3主要設(shè)備及來源設(shè)備名稱生產(chǎn)廠家JYSP-360接觸角測量儀承德金和儀器制造有限公司傅立葉紅外譜圖Perkin ElmerUSA測量儀美國85-2型恒溫磁力攪拌器深圳市泰?？瀑Q(mào)有限公司烘箱超聲波清洗機(jī)濟(jì)寧鑫欣超聲波電子設(shè)備有限公司2.2實(shí)驗(yàn)材料的制備干凝膠的制備21實(shí)驗(yàn)之前，準(zhǔn)備好所需儀器設(shè)備和藥品，待準(zhǔn)備就緒之后開始實(shí)驗(yàn)，干凝 膠的制備具體步驟如下：(1) 將稱取的0.04g NaOH加入到50ml的無水乙醇中，室溫下攪拌 0.5 小時。(2) 待NaOHl全溶解后，向溶液中加入 0.5ml聚甲基含氫硅烷(PMH) 繼續(xù)攪拌0.5小

37、時。(3) 向上述混合液中加入4.29ml正硅酸乙酯(TEOS ,繼續(xù)攪拌24小時。(4) 然后加入1.0ml去離子水，劇烈攪拌3小時。(5) 將上述溶液在室溫下敞口放置，老化 48小時后，待其形成果凍狀的凝膠（6）將凝膠放入80° C烘箱中干燥24小時除去乙醇溶劑，得到的干凝膠 留著備用。超疏水性濾紙，棉布的制備實(shí)驗(yàn)前除了應(yīng)準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)儀器和藥品，還應(yīng)注意兩點(diǎn)：（1）濾紙直接使用，無需任何處理。（2） 棉布分別用乙醇，去離子水超聲洗滌半個小時，然后，放入60° C 烘箱2小時。做好實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作之后，制備超疏水性濾紙，棉布的步驟如下：（1）將0.2g聚苯乙烯（PS加入到30

38、ml四氫呋喃（THF中，室溫下攪 拌0.5小時至完全溶解。（2）接著加入0.1g上述制備好的干凝膠，和0.1ml硫基丙基二甲氧基硅 烷（MPTMS,繼續(xù)攪拌3小時。（3）然后將濾紙或棉布浸入到溶液中 2小時。（4） 最后，取出棉布或?yàn)V紙放入 60° C烘箱干燥2小時。第三章結(jié)果與討論3.1實(shí)驗(yàn)測試表征方法接觸角測量各種組分對接觸角的影響：表2.4各組分的用量一干凝膠/g聚苯乙烯巰基丙基三甲氧基硅烷 /mLCA/g00.20.1122.80.10.20133.80.100.10°0.10.20.1150.6(1)證明濾紙由親水性變成超疏水性通過以上兩幅圖片的對比，第一幅圖片的

39、水珠在濾紙上曾橢球狀但沒浸濕濾紙，而第二副圖片浸入水中的濾紙也沒被水浸濕，卻成了鏡面，這足以說明濾紙由親水性變成了超疏水性。（2）證明棉布由親水性變成超疏水性CA=153(從這兩副圖片中也可以看出，與上面同理，接觸角153°大于150°棉布因此由親水性變成了超疏水性。紅外光譜儀測量紅外光譜分析作為油水分離超疏水材料的一種表征手段，有助于很好分析 出超疏水材料的結(jié)構(gòu)組分和官能團(tuán)。350030002500200015001000500Wave nu mber/cm-1na : m sna :4000從上圖中可以看出，3449cm1和1634cm1兩處波峰屬于-OH的伸縮，彎曲

40、振動。-OH的存在使得干凝膠與濾紙棉布的含氧基團(tuán)反應(yīng)，從而改變?yōu)V紙棉布的粗糙度。波峰2978-1處屬于-CH3中C-H的伸縮振動，干凝膠中的-CH3隨著 干凝膠附著在棉布濾紙上，可以降低濾紙或棉布的表面能。而波峰1679cm1處屬于Si-C的伸縮振動，剩下1063cm1和796cm1兩處波峰屬于Si-0的伸縮, 彎曲振動。3.2影響干凝膠制備的因素反應(yīng)條件的影響實(shí)驗(yàn)總會有不可避免的誤差，當(dāng)然我的也不例外，據(jù)我分心，本實(shí)驗(yàn)的主 要影響如下：（1） 溫度控制不當(dāng)造成的影響由于室內(nèi)外溫差不同或多或少會影響實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的過程，其次加入烘干箱也會造成溫度影響，隨著溫度的增加，干凝膠微笑顆粒會變大，控制不當(dāng)會

41、造成很大影響。（2） 添加物對干凝膠制備的影響實(shí)驗(yàn)過程中會有很多次的加入新藥 品，而且每次加完還要攪拌，放置一段時間，這也會造成不必要的添加物在此 期間反應(yīng)。（3） 人為造成的影響人為是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素之一， 這里面包括很 多，比如，操作不當(dāng)，攪拌不到位，稱量藥品不準(zhǔn)確等等。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物處理因?yàn)橹频玫母赡z產(chǎn)物要留著備用，這就要求人為保管好，避免受到外界 因素的影響，防潮，防水，防止其他物質(zhì)與之反應(yīng)喪失功效，保證下面實(shí)驗(yàn)用 時安然無恙。3.3超疏水性濾紙，棉布制備的影響因素影響超疏水性濾紙制備的因素因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的濾紙可以直接拿來使用， 這就要保證濾紙的潔凈，避免粘到 雜質(zhì)等污染。影響超疏水性棉布制

42、備的因素超疏水性棉布的制備相對比較復(fù)雜， 過程很麻煩，難免會有誤差影響，如 下：（1）分別用乙醇，去離子水超聲洗滌之后，再放入烘箱內(nèi)，來回的周轉(zhuǎn)會導(dǎo)致棉布的超疏水性降低，其次烘箱溫度或多或少會影響干燥效果， 洗滌過 程操作失誤也會造成實(shí)現(xiàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。（2）實(shí)驗(yàn)儀器本身也會造成一定的影響，比如儀器老化，超聲洗滌效果 不佳，烘箱控溫效果失常等等。第四章總結(jié)本文首先是從介紹油水分離原理及意義開始的，對油水分離方法技術(shù) 及研究應(yīng)用做了簡要的敘述。緊接著進(jìn)一步介紹超疏水材料理論簡介及研 究，包括超疏水材料的理論基礎(chǔ)簡介，研究及應(yīng)用都做了詳細(xì)說明。最后 介紹超疏水表面制備方法及應(yīng)用，這也是論文的中心，層

43、層遞進(jìn)介紹，給 讀者清新易于理解的心情，第一章作為基礎(chǔ)知識篇，為后文實(shí)驗(yàn)埋下伏筆, 主要在于介紹超疏水性材料的應(yīng)用范圍廣泛，有很好的研究價值。本論文中實(shí)驗(yàn)部分主要是干凝膠的制備和超疏水性棉布濾紙的制備， 實(shí)驗(yàn)條件要是比較苛刻，尤其是干凝膠的制備過程任重而道遠(yuǎn)，經(jīng)過幾番 加藥品試劑再攪拌放置，制得的干凝膠還算成功。當(dāng)制得超疏水性棉布時 也是比較麻煩，條件要求也很高，既要洗滌好，又要干燥好，過程條件不 好控制，稍有疏忽就會對實(shí)現(xiàn)效果造成很大影響。其次，將濾紙棉布浸入 藥品中也要計(jì)算好時間，正確稱取試劑，過程中還需要攪拌等，操作既要 到位又要有一定耐性。經(jīng)過很漫長的一番操作之后，實(shí)現(xiàn)的最終結(jié)果比較

44、成功。通過實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，反應(yīng)都很準(zhǔn)確。處理結(jié)果也也達(dá)到預(yù)期目 的，心里頗有一番成就。超疏水材料的制備已經(jīng)廣泛應(yīng)用到我們的生活，工作領(lǐng)域，總之，對 超疏水材料的研究還有很長的路要探索，每個人都有可沒能在研究超疏水 性材料領(lǐng)域做出屬于自己的成績。參考文獻(xiàn)1 .陳寧超疏水超親油多孔材料的制備及在油水分離中的應(yīng)用D哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.2 .孫治謙，王振波，金有海，郭棟.油水重力分離器的數(shù)值研究 J.中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，2010,30（1）:69.3 .徐先鋒，劉爍，洪龍龍.非金屬超疏水材料的制備方法及研究進(jìn)展J.華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院載運(yùn)工具與裝備教育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2013，27（ 5）： 12-15.4 .胡阮冰.超疏水親油復(fù)合材料的制備及其性能研究D.浙江：浙江理工大學(xué)，2013.5 .陳文征.波紋板油水分離技術(shù)研究D.華東：中國石油大學(xué)，2008.6 .溫沁雪，武斌，溫巖，陳志強(qiáng) .EPS油水分離技術(shù)及其應(yīng)用J.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政 環(huán)境工程學(xué)院，2002.7 .陳文征.波紋板油水分離技術(shù)研究D.華東：中國石油大學(xué)，2008.8 .豐大成.高效分離器油氣水分離研究D.華東：中國石油大學(xué)，2007.9 .姜建平，謝雙喜，陳學(xué)政，陳建慶 .海上油田井下油水分離系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)J.中國石油有限公司天津分公司，渤海油田采油工程研究院，2010，33