双表面特殊浸润性材料破乳及性能调控的研究

The especial wettability material has a great application potential on treatment of water polluted by oil and purification of watery oil. In the early exploration, applicant found that double surface especial wettability material had good demulsification and separation performance for the emulsified oil-water mixture, on the basis of this, aiming at the key scientific problems need to be solved about the demulsification Mechanism and the performance modulation of the material, through observation, the internal cause of the material achieving demulsification will be analyzed and revealed; the influence mechanism of micro mesh morphology on the of demulsification process will be analyzed and revealed by experimental observation and theoretical calculation; the influence mechanism of surface chemical property on the of demulsification process will be revealed by investigating the wetting morphology between different surfactant and surface with different chemical composition, and surface free energy, zeta potential of surface with different chemical composition combine with demulsification mechanism; Effect of the environment and working condition on the demulsification performance of the material and influence mechanism will be understood and analyzed systematically by experiment, lay the foundation for application of the kind of material.

特殊浸润表面材料在油污染水体治理和含水油液净化领域具有巨大的应用潜力。申请者在探索中发现，双表面特殊浸润性材料对乳化油水混合物具有良好的破乳分离性能，本申请在此基础上，针对该类材料的破乳机理及性能调控需解决的关键科学问题，通过观察，分析和揭示材料实现乳液破乳分离的内在原因；通过实验观察和理论计算，分析和揭示材料微观网孔形态对破乳过程的影响机理；通过考察不同表面活性成分与不同化学组成表面间的浸润形态，以及不同材料表面自由能和zeta电位，结合破乳机理揭示材料表面化学特性对破乳过程的影响机理；通过实验，系统了解环境和工况因素对材料破乳分离性能发挥的影响，并分析其影响机理，为该类材料走向应用奠定基础。

特殊浸润性表面材料是近年来出现的新型油水分离材料，与传统的油水分离技术相比，利用此类材料开发的油水分离技术具有分离过程简单、能耗低、效率高等显著优势，一经出现便在环境油污染治理、石油资源有效利用及自清洁材料开发等方面表现出极为广阔的应用前景。如何更好地利用该类材料用于含油废水处理和水体油污染治理是目前亟待解决的瓶颈问题，本项目提出的双表面特殊浸润性材料有望很好地解决这一问题。本项目对双表面特殊浸润性组合材料的制备、破乳机理、微观形貌影响、表面化学组成影响、材料特性及工况条件影响等进行了深入细致的研究。结果表明，制备得到的双表面润湿特性组合筛网膜对含油污水具有较高的破乳分离效率，重复使用性强，性能稳定可靠；实验观察和数学分析结果表明，油水通过材料的时间差是双表面特殊浸润组合筛网膜破乳分离油水混合物的重要分离机制之一，立体纤维状网孔的挤压、切割等应力作用是双表面特殊浸润组合筛网破乳分离效果得以加强的另一重要分离机制；研究发现，表面自由能较高的材料对水包油型乳状液的破乳分离更有利；当双表面组合筛网的层间距在0.3mm，第一层筛网孔径在0.1mm，第二层筛网孔径在0.18mm时，其分离效果最好；随着温度的上升，分离效果总体呈下降趋势，但当温度高于65℃后，下降幅度趋缓；低过滤压力会导致分离过程无法进行，高于60Kpa时，分离效果随着压力的升高而逐渐趋好；低pH均对分离有利，随着pH的升高，分离效果呈下降趋势；随着乳液中油含量的上升，分离效果呈逐渐上升趋势；随着乳化剂数量的增加，分离效果均呈逐渐下降趋势。工况条件影响的主要原因在于，温度升高对乳液体系的稳定存在有利和不利两方面的影响；通过理论和实验数据分析和阐述了材料特性和工况条件对分离效果影响的原因。本项目的研究结果将对特殊浸润性材料的开发应用及性能调整提供重要的实验和理论参考。