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溢油应急吸附材料的制备及性能研究

【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SiO_2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/g~60g/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。

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