溢油应急吸附材料的制备及性能研究

论文摘要

随着航运的发展,世界超过产量半数的石油产品依靠海洋油轮运输,海面油轮运输过程中由于天气、碰撞及突发意外等原因常导致油品泄漏。溢油应急处理过程中一般结合多种方法综合治理,以期达到最佳的效果,其中吸附材料的使用由于高效性和普适性成为理想的处置方式。针对市面上吸附材料性能不佳的现况,本文主要研究了两种不同吸油材料的改性方法,并分析了其对不同油品的吸附效果,以期满足应急吸附需要。（1）以市面常见的廉价三聚氰胺树脂海绵为底物,采用溶液浸渍法使用正辛基三氯硅烷对海绵进行疏水处理,将长链硅烷枝接到海绵骨架表面,使本身具有高比表面积和吸附体积的海绵满足疏水亲油的特性。通过对改性材料接触角的分析,确定最佳的硅烷浓度、处理时间和改性温度。借助扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、热重分析仪（TGA）和X射线衍射仪（XPS）等仪器手段对改性前后材料进行表征。重点测试了改性树脂海绵的吸油性能,其对原油、润滑油、花生油和柴油饱和吸附倍率分别为94.27g/g、84.04g/g、77.91g/g、73.42g/g;通过动态振荡的方式测试了材料保油性能,1h后材料仍能保持50%的吸附质量;通过挤压和抽滤的方式比较了改性海绵的循环使用性能,同挤压相比,抽滤回收的方式能够增加材料的使用寿命和回收表现;改性海绵在实验室静态和动态的测试中表现优异,同时借助大水槽进行工程模拟使用,同市面常用吸油材料相对比,改性海绵表现出优良的吸附性能和稳定性能。（2）环境友好性对吸附材料提出了更高的要求,因此将棉花纤维作为底物制备了一种天然有机吸附材料。通过对几种方法的比较选择碱溶液煮沸的方式去除棉花表面蜡质,使内部纤维暴露方便改性;利用溶胶凝胶法在棉花纤维表面包裹SiO2涂层,形成粗糙结构和增大比表面积,过程中明确蒸馏水、溶剂、催化剂及金属醇盐最佳比例;最后利用十八烷基三氯硅烷进行疏水处理,研究改性时间对于疏水性能的影响。借助SEM、EDS、FTIR、比表面积分析仪（BET）和X射线衍射仪（XRD）等手段对材料表征分析。测试改性棉花的吸附倍率,吸水倍率接近于0g/g,对于各种油品吸附倍率分别为25g/g60g/g,保油性能和循环使用性能良好。通过挤压的方法对材料循环使用,重复使用10次后,材料对于不同油品的吸附倍率仍保持在60%以上。同时研究了材料投加量以及环境因素（含盐量、温度、pH和振荡频率）对于材料吸油倍率及除油率的影响。（3）对制备的两种材料进行动力学和热力学分析,动力学中使用准一级吸附动力学、准二级吸附动力学和粒子内扩散动力学模型对吸附过程拟合;热力学中使用Langmuir等温吸附、Freundlich等温吸附和Henry等温吸附模型对等温线进行拟合。研究表明,改性三聚氰胺海绵对混合体系油品吸附满足准一级吸附动力学和Freundlich等温吸附模型;改性棉花纤维吸附过程符合准二级吸附动力学和Freundlich等温吸附过程。二者均满足C型吸附等温过程,对油品的吸附满足符合非均匀表面多层物质的吸附,且吸附能力较强。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•     1.1.1 海上溢油事故现状
•     1.1.2 海洋溢油危害
•     1.1.3 海洋溢油事故处理技术现状
•   1.2 吸油材料研究进展
•     1.2.1 吸油材料的分类及性能
•     1.2.2 天然吸油材料研究进展
•     1.2.3 合成材料研究进展
•   1.3 本文研究目的及内容
•   1.4 技术路线图
• 第二章 实验材料及测试方法
•   2.1 实验材料与试剂
•   2.2 实验设备
•   2.3 吸油材料性能测试方法
•     2.3.1 吸附倍率测试
•     2.3.2 保油性能
•     2.3.3 重复使用性能
•     2.3.4 水中油含量测试
• 第三章 改性三聚氰胺树脂海绵的制备及性能研究
•   3.1 前言
•   3.2 改性三聚氰胺海绵的制备
•   3.3 改性过程优化
•     3.3.1单因素实验
•     3.3.2正交实验
•   3.4 改性三聚氰胺海绵表征分析
•     3.4.1 SEM与EDS分析
•     3.4.2 FTIR分析
•     3.4.3 XPS分析
•     3.4.4 TGA分析
•   3.5 改性三聚氰胺海绵疏水亲油性能测试
•     3.5.1 不同油品的吸附倍率测试
•     3.5.2 保油性能测试
•     3.5.3 重复性能测试
•     3.5.4 实验室吸油性能测试
•     3.5.5 工程模拟应用
•   3.6 本章小结
• 第四章 高吸油棉花纤维的制备及吸油性能研究
•   4.1 前言
•   4.2 高吸油棉花的制备
•   4.3 改性条件优化
•     4.3.1 棉花蜡质的去除
• 2颗粒'>    4.3.2 溶胶凝胶法附着SiO₂颗粒
•     4.3.3 疏水改性优化
•   4.4 表征分析
•     4.4.1 SEM与EDS分析
•     4.4.2 FTIR分析
•     4.4.3 XRD分析
•   4.5 改性棉花纤维疏水亲油性能测试
•     4.5.1 疏水亲油表现
•     4.5.2 吸附性能
•     4.5.3 保油性能
•     4.5.4 重复使用性能
•   4.6 改性棉花的环境适应性能
•   4.7 本章小结
• 第五章 吸油材料吸附性能研究
•   5.1 前言
•   5.2 研究方法
•     5.2.1 吸附动力学测试
•     5.2.2 吸附等温线
•   5.3 改性海绵的吸附研究
•     5.3.1 吸附动力学
•     5.3.2 吸附等温线
•   5.4 改性棉花的吸附研究
•     5.4.1 吸附动力学
•     5.4.2 吸附等温线
•   5.5 吸附机理探讨
•   5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 罗磊

导师: 王晓丽

关键词: 溢油应急,吸油材料,三聚氰胺树脂海绵,棉花纤维,吸附过程

来源: 天津理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,化学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 天津理工大学

分类号: O647.33;X736;X55

总页数: 72

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