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高强度聚酰亚胺纳米纤维膜的制备及其油水分离性能研究任务书

 2022-01-11 04:01  

全文总字数:3010字

1. 1. 毕业设计(论文)的内容、要求、设计方案、规划等

1.前言油水分离无论是在发展中国家还是发达国家在现在的社会中都起着关键作用。许多原因能说明这一点。一方面,在开采、运输、使用和储存的过程中石油泄漏事件经常发生。频繁的石油泄漏事件不仅仅导致能源损失和资源浪费而且对我们所依赖的生活环境造成很大的威胁,已经成为一个让人很焦虑的事情。另一方面,众所周知油污废水是许多工业生产中的主要问题,例如原油生产,石油精炼,照明,冶金,皮革,食品和纺织工业,已经成为世界范围内的主要污染。此外,当有泄漏到水上,将会形成油水乳液或者漂浮的膜。假如油污倒入周围的环境中,如果不及时处理会对各种微生物产生危害。而且,饭店中由于连续清洗污染的可食用油和由于雨水冲刷进下水道矿物油和燃料也是急需解决的问题。 当提及到海洋运输,甚至有一点水在油里,可能对运输的安全性造成威胁。着越来越多的人们把自己的注意力集中在保护环境上,已经发明出来许多材料。许多技术能够分离现存的油水乳液,传统的油水分离方法例如吸收,重力分离,生物处理,离心沉降和电絮凝是常见的分离技术。然而,这些都有一些不利例如分离效率低,操作费用高,易腐蚀并产生二次污染。这些都很大程度上限制了他们的应用。膜分离已经证明是最好的方法分离油水混合物,已经被广泛应用于食品处理,医药,蒸馏以及燃料工业。近年来,许多科学家致力于发明出功能性膜以提供有效快速的油水分离。尤其墨西哥湾的深海石油泄漏事件以后就变得更加紧迫。而且,膜分离技术节约成本、流量稳定,能够大范围用于工业上。静电纺丝是快速制造直径在微米到纳米之间纤维简便的方法。这种方法使用于溶液或者熔融物,主要是聚合物包括合成和天然聚合物。许多研究者已经致力于发展具有复杂结构的纤维,例如中空,芯-壳,蜂窝状以及一些单根纤维和有序排列的纤维结构。不同结构的电纺材料使电纺能满足不同领域的需求。例如过滤,纺织,药物传递,组织工程,光电设备,传感器,催化等等。当提及到过滤,最近有研究用电纺制造纳米纤维过滤膜, 尤其用于油水分离。电纺纳米纤维膜由于其孔隙率比较高和内部孔结构连接,具有亚微米级的空以及比表面积比较大等优势,具有分离效率高,选择性好,性能稳定的特点,使其具有很大的潜力应用于膜分离技术。 通过电纺,许多关于纳米纤维膜的文献包括聚苯乙烯,聚己内酯,聚甲基丙烯酸甲酯,聚氨酯以及无机二氧化硅纤维等已经被报道。这些制备得到的纤维都稳定性差、强度差、容易产生二次污染、而且无机纤维的柔韧性差,强度差这一最大的障碍,严重限制了它们在实际中的应用。相比较而言,我们采用聚酰亚胺为原料,通过高压静电纺丝技术电纺聚酰胺酸,在经过程序升温对聚酰胺酸进行亚胺化得到具有生物可降解性、成本低廉、显著的机械强度的PI纳米纤维膜。通过对纤维膜表面的修饰,得到具有功能性的纤维膜材料。因此,静电纺聚酰胺酸的疏水亲油材料在油水分离、污水处理以及深海石油泄漏中具有广阔的应用前景。

2.研究内容(1)合成聚酰胺酸;(2)制备聚酰胺酸(PAA)纳米纤维膜;(3)亚胺化成聚酰亚胺(PI)膜;(4)聚多巴胺(PDA)改性PI膜;(5)聚多巴胺/全氟癸硫醇改性PI膜;(6)接触角表征;(7)油水分离试验。 3.实验数据的采集与处理整理收集制备所得改性前后PI膜对其表征所得的数据,并掌握Chemical Draw Origin软件的基本操作。 4.结果分析摸索最优的合成、电纺工艺以及改性纤维膜的条件并对结果进行基本的统计学方面的分析,掌握影响工艺的参数。 5.结论掌握静电纺丝技术,得到参数较为理想的PI膜用于油水分离,掌握其制备的最优工艺。

2. 参考文献(不低于12篇)

1.黄翔峰, 闻岳等. 破乳菌种 TR - 1 的筛选与破乳性能实验研究, 油田化学, 2006, 23(2):136-139. 2.王婷婷. 动态膜在油水乳化液分离中的应用研究, 大连理工大学, 2009. 3.吴秋林, 刘青山等. 膜分相技术及其应用研究, 水处理技术, 1985, 11(4): 8-11. 4.孙勇. 一种新型膜法破乳技术, 现代化工, 2000, 20(3). 162-181. 5.丁健.具有 PN 结构的复合超滤膜在华北油田的应用研究, 工业水处理, 2000, 20(3):21-23. 6.张裕卿. 聚砜-Al2O3复合膜处理油田含油污水, 工业水处理, 2000, 20(2): 242-341. 7.骆广生, 邹财松等.微孔膜对 O/W 型乳液破乳的研究, 化学工程, 2001, 29(4): 32-35. 8.魏凤玉, 肖翔. 亲水性混合纤维素酯微孔膜对 O/W 乳液的破乳, 应用化学. 2006, 23(8):881-885. 9.许振良. 聚醚酰亚胺超滤膜处理油/水乳状液的研究, 第四届膜与膜过程学术报告会论文集, 1999, 2872-2901. 10.樊椒. 涤纶短纤维油剂污水处理实验研究, 水处理技术, 1985, 11(5): 572-601. 11. M.W. Lee, S. An, S.S. Latthe, C. Lee, S. Hong, S.S. Yoon, Electrospun polystyrene nanofiber membrane with superhydrophobicity and superoleophilicity for selective separation of water and low viscous oil, ACS applied materials interfaces, 5 (2013) 10597-10604. 12.X. Wang, D. Fang, K. Yoon, B.S. Hsiao, B. Chu, High performance ultrafiltration composite membranes based on poly (vinyl alcohol) hydrogel coating on crosslinked nanofibrous poly (vinyl alcohol) scaffold, Journal of Membrane Science, 278 (2006) 261-268. 13. Z. Tang, J. Wei, L. Yung, B. Ji, H. Ma, C. Qiu, K. Yoon, F. Wan, D. Fang, B.S. Hsiao, UV-cured poly (vinyl alcohol) ultrafiltration nanofibrous membrane based on electrospun nanofiber scaffolds, Journal of Membrane Science, 328 (2009) 1-5. 14. J. Kong, K. Li, Oil removal from oil-in-water emulsions using PVDF membranes, Separation and purification technology, 16 (1999) 83-93.

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