鹽穴儲(chǔ)庫(kù)建造微納米油水分離材料制備及其性能研究.pdf

1、我國(guó)正進(jìn)入鹽穴地下儲(chǔ)備庫(kù)的大規(guī)模建造時(shí)期，而大部分鹽穴儲(chǔ)庫(kù)都將采用技術(shù)相對(duì)成熟的油墊水溶法進(jìn)行建設(shè)。但是建腔結(jié)束后，油墊往往因回收困難而無(wú)法循環(huán)使用，這不但增加了建腔成本，而且造成了大量資源的浪費(fèi)。同時(shí)含有油污的鹵水如果處理不當(dāng)，也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成巨大危害。因此，鹽穴儲(chǔ)庫(kù)建造中油墊的高效回收方法及油水分離材料的研究具有重要的工程價(jià)值。本文基于極端潤(rùn)濕性的相關(guān)理論，采用電泳沉積法和刻蝕-電泳復(fù)合法制備了新型的超疏水-超親油微納米表面材料，

2、研究了不同表面材料的極端潤(rùn)濕性能和油水分離性能，并基于毛細(xì)力學(xué)基本理論探索了超疏水-超親油表面材料的油水分離的機(jī)理。論文取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果有：
　?、俪晒ρ兄屏艘环N電泳沉積法在鋁合金和不銹鋼基材上制備具有納米結(jié)構(gòu)的超疏水-超親油表面材料。通過(guò)對(duì)材料的結(jié)構(gòu)形貌、化學(xué)成分和潤(rùn)濕性進(jìn)行系統(tǒng)分析，獲得了實(shí)現(xiàn)較優(yōu)形貌與油水差異潤(rùn)濕性能表面的制備工藝。該工藝下獲得的表面材料具有納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，對(duì)鹵水的接觸角和滾動(dòng)角分別為163.5°和3.5°

3、，對(duì)柴油的接觸角為0°。在篩網(wǎng)基底上制備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)具有明顯液相的鹵水柴油混合溶液的有效分離，短時(shí)間內(nèi)鹵水中浮油的回收效率可達(dá)到92.4％以上。
　?、诔晒ρ兄屏艘环N化學(xué)刻蝕-電泳沉積復(fù)合法在鋁合金和不銹鋼基材上制備具有微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水-超親油表面材料。通過(guò)優(yōu)化刻蝕液配比和電泳沉積動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)超疏水表面材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能改進(jìn)，使其表現(xiàn)出優(yōu)異的油水差異潤(rùn)濕性，飽和鹵水的接觸角分別提升至167.1°和166.2°，柴油可以在兩

4、種表面快速鋪展，接觸角為0°。并且，研制的微納米表面材料表現(xiàn)出較好的耐鹵水腐蝕性、機(jī)械耐磨性和疏水耐久性。在篩網(wǎng)基材上制備能夠?qū)崿F(xiàn)鹵水浮油的高效收集，短時(shí)間內(nèi)油水分離效率達(dá)到93.1%以上。
　?、刍诮?jīng)典的潤(rùn)濕理論，從表面幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)能量角度出發(fā)，分析了納米表面和微納米分級(jí)表面的幾何結(jié)構(gòu)變化對(duì)其極端潤(rùn)濕性能的影響。結(jié)果表明具有微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)的表面能夠提供更穩(wěn)定的Cassie潤(rùn)濕狀態(tài)、更高的接觸角以及更低的滾動(dòng)角。被認(rèn)為是更

5、有利于實(shí)現(xiàn)油水差異潤(rùn)濕性的表面材料。此外，通過(guò)液滴沖擊實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鹵水液滴在沖擊微納米表面過(guò)程中能量的消耗相對(duì)較小，表現(xiàn)出更穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)超疏水性，這性歸因于表面的微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)基于潤(rùn)濕壓力和反潤(rùn)濕壓力關(guān)系的協(xié)同作用。
　?、転榭朔鹘y(tǒng)油水分離過(guò)程間歇操作的缺點(diǎn)，克服傳統(tǒng)分離材料在鹽穴儲(chǔ)庫(kù)油墊回收方面的局限，基于研制的微納米超疏水-超親油表面材料，發(fā)明了一種可實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效回收鹵水中浮油的裝置。并通過(guò)該裝置對(duì)油水分離材料的分離性能和規(guī)律進(jìn)