基于可控油水 乳液分离的特殊浸润膜的制备与应用

导师序言

随着社会的不断发展和进步，环境问题日益凸显，大量生活含油废水、工业含油废水的排放及不断发生的油泄漏、油污染事故使油水分离成为诸多行业急需解决的一大难题。含油废水的排放与油泄漏事故的发生不仅造成了资源的大量浪费，也对当地的环境产生了极大的威胁。因此，本着改善生态环境及可持续发展的理念，开发有效的油水分离方法并收集纯净的油相或水相刻不容缓。特殊浸润性材料作为一种有效的油水分离材料已经得到大量的研究，但发展至今仍存在一些关键问题需要解决，例如，需进一步拓展材料的多功能性与可控油水分离能力，推动实现稳定乳液体系的高效分离与可控分离，将分离效率提高至工业标准等。在此研究背景下，本书立足于特殊浸润性材料在实际油水分离领域中的应用，讨论了该类材料研究至今存在的诸多关键问题，以材料表面化学组成、粗糙结构和基底孔径共同决定特殊浸润性材料性能为设计思路，制备了一系列具有不同性能的油水分离材料，实现了可控、高效的水处理，极大地推动了此类材料的实际应用。本书的主要创新点如下：  
（1） 针对油水处理中无法实现稳定乳液分离的关键问题，通过溶剂热法制备出性能优异的阻水型膜材料与阻油型特殊浸润性网膜，通过调控基底种类与孔径，可以实现从不互溶油水混合物到稳定油包水乳液和水包油乳液的分离，为可控分离材料的设计提供了新思路，突破了一种材料难以实现多种类型乳液分离的瓶颈。 
（2） 针对特殊浸润性膜材料功能单一、智能响应型材料无法实现可控乳液分离的关键问题，将具有热响应的N异丙基丙烯酰胺单体聚合并修饰在基底上，成功实现了温度驱动下的浸润性转变，首次实现了不同温度下不同类型乳液的可控分离。 
（3） 针对之前材料分离效率偏低的关键问题，通过浸渍喷涂两步法制备了上下表面浸润性不同的Janus膜材料，可同时实现不同类型乳液的高效分离，更重要的是，将分离效率提升至工业标准，拓宽了该类材料的应用范围。
本书的研究通过调控材料表面化学组成、粗糙结构及基底孔径实现了不同类型特殊浸润性膜材料的设计和制备，在拓宽该类材料种类和功能方面具有重要的学术价值。制备的一系列不同功能的材料在材料自清洁、废水处理、油泄漏事故处理、燃油净化、远程乳液分离等诸多行业（领域）具有重要的应用价值。本书可为从事仿生特殊浸润性表面研究的相关人员提供参考。
冯琳
清华大学化学系

《基于可控油水/乳液分离的特殊浸润性网膜的制备与应用》立足于特殊浸润性材料在实际油水分离领域中的应用，针对该类材料研究至今存在的诸多关键问题，如需进一步拓展多功能性与可控油水分离能力、如何实现稳定乳液体系的分离、智能响应与Janus网膜无法实现乳液可控分离、如何实现更高效油水分离等，以材料表面化学组成、粗糙结构及基底孔径共同决定特殊浸润性材料性能为设计思路，制备出了一系列具有不同性能的、面向实际应用的油水分离材料，实现了可控、高效的油水/乳液分离，可为从事仿生超浸润表面相关研究人员提供参考。

张玮峰分别于2014年、2019年在北京化工大学和清华大学获得学士和博士学位。张玮峰博士现担任北京航空航天大学杭州创新研究院微电子与信息材料研究中心助理研究员。他专注于仿生特殊浸润性材料的制备及其在自清洁、油水分离领域的应用，以及热电薄膜制冷器件的研究。张玮峰博士在国际著名期刊（如Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition,Journal of Materials Chemistry A,ACS Applied Materials & Interfaces等）共发表SCI论文27篇，同时授权专利1项。

第1章绪论

1.1油水/乳液分离概述

1.1.1油水/乳液分离的研究意义

1.1.2油水混合物的种类和性质

1.2油水混合物常用分离技术

1.2.1油包水型混合物分离方法

1.2.2水包油型混合物分离方法

1.3固体表面浸润性理论基础

1.3.1表面自由能

1.3.2液体接触角相关理论

1.3.3固体表面粗糙度相关理论

1.4特殊浸润性油水分离材料研究进展

1.4.1特殊浸润性油水分离材料设计思路

1.4.2阻水型油水/乳液分离材料

1.4.3阻油型油水/乳液分离材料

1.4.4智能响应型油水分离材料

1.4.5Janus型油水分离材料

1.5立题依据和研究内

第2章溶剂热法修饰阻水型网膜用于可控油水分离的研究

2.1引论

2.2实验部分

2.2.1原料与试剂

2.2.2仪器与设备

2.2.3聚二乙烯基苯修饰不锈钢网与聚偏氟乙烯微孔网膜的制备

2.2.4油/海水不互溶混合物分离实验

2.2.5网膜穿透压强的测定

2.2.6表面活性剂稳定油包水乳液的制备

2.2.7油包水型乳液分离实验

2.3结果与讨论

2.3.1聚二乙烯基苯修饰不锈钢网的形貌与化学组成

2.3.2聚二乙烯基苯修饰不锈钢网的浸润性研究

2.3.3聚二乙烯基苯修饰不锈钢网的油水分离研究

2.3.4聚二乙烯基苯修饰不锈钢网的油水分离效率与通量研究

2.3.5聚二乙烯基苯修饰微孔网膜的形貌与化学组成

2.3.6聚二乙烯基苯修饰微孔网膜的浸润性研究

2.3.7聚二乙烯基苯修饰微孔网膜的油包水乳液分离研究

2.3.8聚二乙烯基苯修饰微孔网膜的乳液分离效率及通量研究

2.3.9溶剂热法用于油水/乳液分离的普适性研究

2.4小结

第3章溶剂热法修饰阻油型网膜用于稳定水包油乳液分离的研究

3.1引论

3.2实验部分

3.2.1原料与试剂

3.2.2仪器与设备

3.2.3聚丙烯酰胺聚二乙烯基苯修饰微孔网膜的制备

3.2.4水包油型乳液的配制

3.2.5水包油乳液分离实验

3.2.6乳液分离后水中油含量及分离效率的测定

3.3结果与讨论

3.3.1聚丙烯酰胺交联网络聚合过程与网膜形貌及

结构表征

3.3.2聚丙烯酰胺修饰网膜浸润性的研究

3.3.3聚丙烯酰胺修饰网膜的水包油乳液分离机理及效果

3.3.4聚丙烯酰胺修饰网膜乳液分离效率及重复使用性能的研究

3.3.5聚丙烯酰胺修饰网膜耐酸碱性能的研究

3.3.6聚丙烯酰胺修饰网膜表面活性剂去除能力的研究

3.4小结

第4章热应聚合物修饰网膜用于不同类型乳液可控分离的研究

4.1引论

4.2实验部分

4.2.1原料与试剂

4.2.2仪器与设备

4.2.3PNIPAAm聚合物修饰网膜的制备

4.2.4不同类型水包油乳液和油包水乳液的配制

4.2.5网膜热响应可控乳液分离实验

4.2.6可控乳液分离效率的测定

4.3结果与讨论

4.3.1PNIPAAm聚合物修饰网膜的形貌与结构表征

4.3.2PNIPAAm聚合物修饰网膜的热响应浸润性研究

4.3.3微孔网膜基底热响应乳液分离对比实验

4.3.4PNIPAAm聚合物修饰网膜热响应可控乳液分离机理与效果的研究

4.3.5水包油及油包水乳液粒径分布的研究

4.3.6PNIPAAm聚合物修饰网膜乳液分离效率及通量的研究

4.4小结

第5章超疏水超亲Janus网膜用于符合工业排放标准的

可控乳液分离的研究

5.1引论

5.2实验部分

5.2.1原料与试剂

5.2.2仪器与设备

5.2.3Janus网膜PANI修饰面的制备

5.2.4Janus网膜SiNPs修饰面的制备

5.2.5稳定水包油乳液与油包水乳液的制备

5.2.6水包油乳液与油包水乳液分离实验

5.2.7Janus网膜乳液分离效率的测定

5.3结果与讨论

5.3.1两面性Janus网膜的形貌与结构表征

5.3.2PANI亲水面的特殊浸润性研究

5.3.3SiNPs疏水面的特殊浸润性研究

5.3.4微孔网膜基底的乳液分离对比实验

5.3.5PANI亲水面稳定水包油乳液分离研究

5.3.6PANI亲水面工业级水包油乳液分离效率的研究

5.3.7Janus网膜与其他过滤型网膜在水包油乳液分离效率、通量上的对比

5.3.8SiNPs疏水面稳定油包水乳液分离的研究

5.3.9SiNPs疏水面油包水乳液分离效率的研究

5.3.10Janus网膜水包油/油包水乳液分离通量的研究

5.3.11Janus膜上下表面涂层稳定性

5.3.12浸渍喷涂法构建Janus两面性网膜的普适性研究

5.4小结

第6章结论与展望

参考文献

致谢

《基于可控油水/乳液分离的特殊浸润性网膜的制备与应用》立足于特殊浸润性材料在实际油水分离领域中的应用，针对该类材料研究至今存在的诸多关键问题，如需进一步拓展多功能性与可控油水分离能力、如何实现稳定乳液体系的分离、智能响应与Janus网膜无法实现乳液可控分离、如何实现更高效油水分离等，以材料表面化学组成、粗糙结构及基底孔径共同决定特殊浸润性材料性能为设计思路，制备出了一系列具有不同性能的、面向实际应用的油水分离材料，实现了可控、高效的油水/乳液分离，可为从事仿生超浸润表面相关研究人员提供参考。

张玮峰分别于2014年、2019年在北京化工大学和清华大学获得学士和博士学位。张玮峰博士现担任北京航空航天大学杭州创新研究院微电子与信息材料研究中心助理研究员。他专注于仿生特殊浸润性材料的制备及其在自清洁、油水分离领域的应用，以及热电薄膜制冷器件的研究。张玮峰博士在国际著名期刊（如Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition,Journal of Materials Chemistry A,ACS Applied Materials & Interfaces等）共发表SCI论文27篇，同时授权专利1项。