摘要
随着工业化水平的不断提高，许多与化工相关的行业以及频繁发生的溢油事故导致了大量含油废水的排放，造成资源浪费、生态破坏、环境污染以及健康威胁。通常用于处理含油废水的常规技术包括沉淀、气浮、离心和撇油等。但是上述技术不仅能耗高、效率低、易产生二次污染，而且对于表面活性剂稳定的油滴粒径小于10μm的油水乳液的处理基本无效。 膜技术因其分子筛分作用、独特的表面特性和表面结构而被认为可以拒绝微米级的颗粒和分子，并已被成功用于分离多种乳液。本论文采用醋酸纤维素膜作为基底材料，通过层层自组装方法对材料进行改性。单壁碳纳米管(SWCNT)具有一维中空结构、高孔隙率、高比表面积和突出的机械强度，因此可以实现极高的渗透通量。为了使改性膜表面呈现超亲水性和水下超疏油性，进一步引入了具有强大附着力、稳定化学性能以及低成本的二氧化钛(TiO2)纳米颗粒，以提高膜表面润湿性。 本研究将单壁碳纳米管-二氧化钛复合物负载到醋酸纤维素膜表面，通过改变二者配比，制备出具有优异油水分离性能的超润湿膜。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征分析了膜表面的化学组成;并测定不同改性膜表面的接触角，确定最佳改性配比;通过扫描电子显微镜(SEM)观测膜表面形貌的变化;分析膜的孔隙率及孔径变化;利用原子力显微镜(AFM)检测膜表面粗糙度;并测定膜的油水分离性能和抗油污性能。主要研究结果如下: (1)FT-IR和SEM表征手段都证明改性材料已成功负载在基底材料上。改性后，膜表面形成微米/纳米级分层结构，且膜表面孔隙率增大，孔径减小，更有利于油水分离。 (2)当SWCNT与TiO2质量比为1∶3时，改性膜已具备超亲水水下超疏油特性，水包油乳液分离效果最佳，此时膜孔隙率最高，表面结构最优，渗透通量高达4777.07L·m-2·h-1，且油水分离效率可达99.47％。 (3)SWCNT改性膜对于水包油乳液的渗透通量仅为SWCNT/TiO2(TiO2/SWCNT=3)最佳改性膜的一半左右，且油水分离效率均低于最佳改性膜。最佳改性膜具有更强的抗污特性，在不连续油水分离实验中，最佳改性膜可在10个循环中均保持高分离能力。 (4)TiO2纳米颗粒能有效增加膜表面亲水性，帮助构建层级结构，提高膜表面孔隙率，极大减少油滴吸附，从而增强改性膜的防污能力和水传输效率。由此可得出结论，TiO2纳米颗粒的引入能有效增强膜表面润湿性。
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