纸基油水分离材料的制备及其性能研究

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1、硕士学位论文纸基油水分离材料的制备及其性能研究作者姓名司景航学科专业生物质科学与工程指导教师周雪松副研究员所在学院轻工科学与工程学院论文提交日期2018年6月PreparationofOil-waterSeparationMaterialBasedonPaperandItsPerformanceResearchADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：SiJinghangSupervisor：AssociateProf.ZhouXue

2、songSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TS753学校代号：10561学号：201520120432华南理工大学硕士学位论文纸基油水分离材料的制备及其性能研究作者姓名：司景航指导教师姓名、职称：周雪松副研究员申请学位级别：工学硕士学科专业名称：生物质科学与工程研究方向：特种造纸化学品论文提交日期：2018年6月6日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：谢君委员：付

3、时雨、柴欣生、谌凡更、周雪松摘要阳离子苯丙乳液原料易得、制备方法简单，聚合物抗水性良好且成膜性优良。通过选择适当的聚合单体，则所制备的阳离子苯丙乳液可在提高滤纸力学性能的同时，赋予滤纸较好的油水分离性能。然而单一结构的聚合物尚无法满足实际需求，因此，利用“荷叶效应”，在上述聚合物乳液中掺杂无机粒子，进而对滤纸表面进行修饰，增大其表面粗糙度，构建出具有微米-纳米分级粗糙结构，以期提高滤纸的油水分离效率。本文以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）与反应性非离子表面活性剂复配作为乳化剂体系

4、，以苯乙烯（St）和丙烯酸丁酯（BA）为主要单体，采用种子半连续法乳液聚合工艺制备阳离子苯丙乳液。探讨了反应性乳化剂结构对聚合物乳液性能以及浸胶后滤纸性能的影响。选用激光粒度分析仪表征自制乳液的粒径及其分布，通过SEM、OCA-40表面张力仪对纸张浸胶前后的表面形貌、对水的静态接触角进行测试和表征。结果表明，当采用ER-10作为非离子乳化剂与阳离子乳化剂复配时，自制乳液对纸张的抗水性能和力学性能的提高最为显著，其中纸张对水的静态接触角可达115.9°。采用溶胶-凝胶转相法制备表面粗糙的纤维素-S

5、iO2复合颗粒。通过将复合颗粒沉积至滤纸表面，再喷淋乳液使颗粒粘附在滤纸纤维构建出一种表面粗糙的滤纸，以此提高滤纸的油水分离效率。研究中探讨了纤维素溶液的质量分数对复合颗粒平均粒径的影响，探讨了复合颗粒粒径、颗粒添加量对滤纸的油水分离效率的影响。研究表明，采用粒径为13.9μm的复合颗粒，以8%的添加量沉积到滤纸表面，可得到性能最优的油水分离滤纸，此时滤纸对水的静态接触角为143.7°。该滤纸对十六烷与水的混合液的分离效率为99.7%。以正硅酸乙酯（TEOS）和甲基三乙氧基硅烷（MTES）为前驱

6、体，采用溶胶-凝胶法制备出表面带有疏水基团-CH3的纳米SiO2粒子。研究了TEOS的添加量以及TEOS和MTES的配比对超疏水SiO2粒子的平均粒径的影响。将制备的纳米SiO2粒子与阳离子苯丙乳液共混，浸渍滤纸，在滤纸表面构建出具有“微-纳”组合的结构，以期达到进一步提高滤纸油水分离效率的目的。探究了不同的纳米SiO2粒子对油水分离滤纸的表面微观结构、静态接触角和油水分离效率的影响。研究结果表明，随着SiO2粒子添加量增多，油水分离滤纸对水的静态接触角增大，油水分离效率提高。当SiO2粒子添加

7、量为1%时，油水分离滤纸对水的静态接触角达到148.4°，对不同油品（十六烷、汽油、柴油、煤油）与水的混合液的分离效率分别为99.8%、99.6%、99.1%、98.4%。关键词：阳离子乳液；滤纸；油水分离；静态接触角IAbstractThepreparationmethodofcationicemulsionissimple,andtherequiredrawmaterialsarealsoeasytoobtain.Thepolymermembraneishydrophobicandhasgo

8、odfilmformingproperties.Thecationicemulsionenhancesthefilterpaper,whichcanimprovethemechanicalpropertiesofthefilterpaperandgivethefilterpaperexcellentoil-waterseparationperformance.However,asingle-structuredpolymercannotmeettheactualneeds.Therefore,u