Приготовление и характеристика полиэтиленовой мембраны для разделения масла и воды 

Приготовление и характеристика полиэтиленовой мембраны для разделения масла и воды

Об авторе: Ши Суйю, доктор философии, доцент, в основном занимается получением и модификацией функциональных полимерных пленок.
резюме

Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) и полиоксиэтилен (PEO) смешиваются в различных массовых соотношениях, и пленка LLDPE/PEO получается методом горячего прессования. PEO удаляется в процессе ультразвукового выщелачивания для получения пористой структуры, а затем на поверхности пленки создается микроструктура. пленка по технологии горячего прессования для получения высокоэффективной пленки для разделения масла и воды из полиэтилена низкой плотности.Результаты показывают, что оптимальное массовое соотношение LLDPE/PEO составляет 40/60; оптимальные температура и время ультразвукового выщелачивания составляют 40℃ и 6 ч соответственно; мембрана для разделения масла и воды из LLDPE может быстро и избирательно адсорбировать масляные агенты, такие как дихлорметан и циклогексан, а также осуществлять насыщенную адсорбцию циклогексана, арахисового масла и других нефтепродуктов. содержание масла и N, N-диметилформамида составляет около 150-180%; эффективность мембраны для разделения масла и воды в смеси дихлорметан/вода составляет 99,9%.

ключевое слово
Полиэтилен; ультразвуковое выщелачивание; термическое тиснение; мембрана для разделения масла и воды
0 введение
Применение технологии разделения нефти и воды для очистки водных объектов от нефтяных загрязнений может решить проблему загрязнения окружающей среды, вызванную утечкой морской сырой нефти и органических реагентов, и смягчить кризис в области водных ресурсов.В прошлом технология разделения нефти и воды в основном достигалась с помощью традиционных процессов, таких как гравитационное разделение, электрическое разделение, воздушное флотационное разделение и экстракция, которые были неэффективными и дорогостоящими.Мембрана для разделения масла и воды обладает такими преимуществами, как низкая стоимость, экологичность и высокая эффективность разделения, а также обладает большим потенциалом в области разделения масла и воды.Дон Чжэцинь и другие использовали метод фазового разделения, вызванный реакцией, с использованием бутилметакрилата и диметилакрилата этиленгликоля в качестве сырья для получения супергидрофобной полимерной микропористой мембраны бутилметакрилат-этиленгликольдиметилакрилата одностадийным методом, эффективность разделения масла и воды достигла более 99,9%.Ши Яньлун и другие ученые использовали золь-гель метод для получения золя ZnO, нанесли его на поверхность хлопчатобумажной ткани, а затем модифицировали октилтриметоксисиланом, чтобы получить хлопчатобумажную ткань с супергидрофобными и суперлеофильными свойствами. Статический угол контакта воды с поверхностью составляет 152°, а контакт капель масла с поверхностью ткани. угол наклона равен 0°, что позволяет добиться эффективного разделения водонефтяной смеси.Gui Xm и соавторы нанесли никелевые и золотые покрытия на поверхность диокситиофеновой/платиновой “микроподлодки” на полиэтиленовой основе, а затем самостоятельно собрали слой гидрофобного алкилтиола на поверхности. Эта гидрофобная и олеофильная “микроподлодка” может самостоятельно поглощать разливы нефти.Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) обладает отличными технологическими и эксплуатационными свойствами и широко используется в производстве пленок.В качестве пленкообразующего материала используется нижеприведенный LLDPE, а в качестве наполнителя, образующего поры, – водорастворимый полимер полиоксиэтилен (ПЭО). Мембрана для разделения масла и воды из LLDPE была изготовлена методом горячего тиснения и ультразвукового выщелачивания, и ее олеофильные и гидрофобные свойства, а также свойства для разделения масла и воды были изучены.

1 Тестовая часть

1. 1основное сырье и оборудование LLDPE, 7042, средняя относительная молекулярная масса (Mw) составляет 14,0×104 г/моль, плотность 0,918 г/см3, Maoming Petrochemical Co., Ltd.; PEO, Mw составляет 1,0×105 г/моль, плотность 1,330 г/см3, Dow Химическая компания, Лтд., США.Вакуумная машина для ламинирования, Y002, Zhengzhou Artisan Machinery Equipment Co., Ltd.; Мощный ультразвуковой очиститель с ЧПУ, KQ-200KDE, Kunshan Ultrasonic Instrument Co., Ltd.; Микро-двухшнековый экструдер, SJZS-10BA-2, Wuhan Ruiming Plastic Machinery Co., Ltd.; Электромагнитное излучение сканирующий электронный микроскоп (SEM), Merlin Compact, немецкая компания Zeiss; вакуумная сушильная печь, DZF-6050, Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.; Дифференциальный сканирующий калориметр (DSC), Q20, американская компания TA; Измеритель динамического/статического угла контакта, JCY-1, Shanghai Fangrui Instrument Co.., Ооо.
1. 2 При подготовке образцов LLDPE и PEO были равномерно перемешаны в соответствии с массовыми соотношениями 60/40, 50/50, 40/60 и 30/70 соответственно, и для смешивания и экструзионного гранулирования с получением гранул LLDPE/PEO использовался двухшнековый экструдер. Температура цилиндра и матрицы составляла 140 ℃ и 135℃ соответственно, а скорость вращения шнека составляет 20 об/мин.Гранулы LLDPE/PEO изготавливаются на вакуумной ламинаторной машине размером 80,0 мм×80,0 мм×0,5 мм из пленки LLDPE/PEO (температура 140℃, давление 1000 кг, нагрев в течение 5 мин, давление выдержки в течение 3 мин, температура вскрытия формы 50℃).Вышеупомянутую мембрану из LLDPE/PEO помещали в химический стакан, наполненный дистиллированной водой, и готовили пористую мембрану из LLDPE путем ультразвукового выщелачивания при температуре 40℃ в разное время (2~16 ч).Пленка для разделения масла и воды из LLDPE была получена путем создания микроструктуры на пористой пленке LLDPE с помощью процесса термического тиснения (температура термического тиснения составляет 95 ℃, давление – 600 МПа).

1. 3 Испытание и определение характеристик СЭМ-анализ: напряжение 3 кВ, температура 20℃, влажность 46%, напыление золота на поверхность 80 С.ДСК-анализ: Взвесьте образцы по 8 мг в алюминиевом тигле, нагрейте от 20℃ до 160 ℃ при 10 ℃/мин в атмосфере N2 и запишите процесс.Анализ гидрофобных характеристик: Для тестирования используется динамический/статический измеритель угла контакта, а образец закрепляется на предметном стекле. Объем капель воды во время теста составляет 2 мкл. Каждый образец тестируется в 3 различных положениях, и среднее значение представляет собой угол контакта с поверхностью.Анализ олеофильных свойств: Диспергированные окрашенные в красный цвет дихлорметан и циклогексан были помещены в дистиллированную воду, образцы мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления были взяты пинцетом, и были проведены выбранные испытания на адсорбцию дихлорметана и циклогексана.Анализ величины адсорбции по насыщению (Q): Взвешивают полностью высушенную мембрану для разделения масла и воды из LLDPE, массу записывают как M0 и помещают ее в арахисовое масло, циклогексан и N, N-диметилформамид (DMF) соответственно. После того, как мембрана адсорбируется и насыщается, протирают поверхность от излишков масла, взвесьте массу ME после насыщения адсорбцией, а затем рассчитайте Q.Анализ эффективности разделения масла и воды: Приготовьте шприц объемом 2 мл и отрежьте образец такого же размера, как дно шприца, чтобы он плотно прилегал к дну шприца.Добавьте в шприц соответствующее количество дистиллированной воды, используйте шприц объемом 1 мл, чтобы набрать соответствующее количество диспергированного окрашенного в красный цвет дихлорметана, и медленно закапайте его в указанный выше шприц объемом 2 мл.2 Результаты и обсуждение

2. 1 Определение соотношения сырья В процессе ультразвукового выщелачивания массовая доля ПЭО слишком высока (70%), что приводит к увеличению размеров пор, образующихся в мембране LLDPE/PEO, и ухудшению механических свойств; когда массовая доля ПЭО составляет 40% и 50%, более-в мембране LLDPE/PEO не могут быть образованы отверстия, что влияет на эффективность разделения нефти и воды.Таким образом, определено, что оптимальное массовое соотношение LLDPE и PEO составляет 40/60.
2. 2 Определение времени ультразвукового выщелачивания На рисунке 1 показана зависимость между качеством мембраны LLDPE/PEO и временем ультразвукового выщелачивания, где массовое соотношение LLDPE/PEO составляет 40/60.Как видно из рисунка 1, в течение 6 ч после начала ультразвукового выщелачивания ПЭО быстро удаляется, и качество мембраны LLDPE/PEO значительно снижается. Через 6 ч время ультразвукового выщелачивания увеличивается, а качество мембраны LLDPE/PEO практически не меняется.Рисунок 1. Зависимость между качеством мембраны LLDPE/PEO и временем ультразвукового выщелачивания На рисунке 2 показан ДСК-анализ ультразвукового выщелачивания мембраны LLDPE/PEO в течение 2 и 6 часов.Как видно из рисунка 2, на кривой DSC после выщелачивания в течение 2 ч имеются два пика плавления LLDPE (112℃) и PEO (64℃), в то время как пики плавления PEO на кривой DSC после выщелачивания в течение 6 ч исчезают, что указывает на то, что PEO удален чисто. На основе исходя из соображений стоимости подготовки, цикла и применения, было определено, что оптимальное время для ультразвукового выщелачивания составляет 6 часов.Рисунок 2. ДСК-анализ различных сроков выщелачивания

2. 3 Морфология и структура мембраны На рисунке 3 показан СЭМ-анализ мембраны LLDPE/PEO, пористой мембраны LLDPE и мембраны для разделения масла и воды из LLDPE.Как видно из рисунка 2, поверхность мембраны LLDPE/PEO плотная и гладкая; пористая мембрана LLDPE, полученная путем ультразвукового выщелачивания мембраны LLDPE/PEO в течение 6 ч, имеет большое количество сквозных отверстий внутри, а форма отверстий неправильная, что указывает на то, что PEO был распущен.Пористость мембраны была проверена методом насыщенного этанола и, по расчетам, составила 89,1% при более высокой пористости.Программное обеспечение для расчета распределения частиц по размерам используется для расчета размера пор, и размер пор составляет 100 ~ 3 000 нм.Поверхность мембраны для разделения масла и воды из LLDPE, изготовленной методом горячего прессования, пористая мембрана из LLDPE образует призматическую выступающую структуру микронного уровня, что улучшает шероховатость поверхности.Благодаря технологии термического тиснения на поверхности пленки образуется выступающая структура микронного уровня, увеличивается шероховатость поверхности пленки и значительно улучшаются гидрофобные характеристики, что способствует повышению эффективности разделения масла и воды в пленке для разделения масла и воды из LLDPE.Рисунок 3. СЭМ-анализ мембраны LLDPE/PEO, пористой мембраны LLDPE и мембраны для разделения масла и воды из LLDPE
2. 4 Гидрофобные свойства мембраны На рисунке 4 показаны результаты испытаний на статический угол смачивания (СА) мембраны из чистого полиэтилена низкого давления и мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления, соответствующие различным соотношениям качества полиэтилена низкого давления/ПЭО.Угол наклона мембраны из LLDPE составляет 90,36°, а угол наклона мембраны для разделения масла и воды, соответствующий соотношению LLDPE/PEO (массовое соотношение 40/60), достигает 137,99°.После горячего прессования и горячего тиснения поверхность пленки становится шероховатой, а ее гидрофобные свойства улучшаются.При высоком содержании ПЭО отверстия внутри и на поверхности мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления увеличиваются, шероховатость поверхности мембраны увеличивается, а гидрофобность улучшается.Рисунок 4. Внешний вид мембраны из полиэтилена низкого давления и мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления
2. 5. Олеофильные характеристики мембраны и Q На рисунке 5 показаны характеристики поглощения масла мембраной, разделяющей масло и воду из полиэтилена низкого давления.Как видно из рисунка 5, когда мембрана для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления вступает в контакт с дихлорметаном под водой, примерно через 7 с дихлорметан полностью адсорбируется, и дистиллированная вода становится прозрачной.Когда циклогексан, плавающий на поверхности воды, адсорбируется, циклогексан полностью адсорбируется примерно за 3 с, а мембрана для разделения масла и воды обладает превосходной селективной адсорбцией нефтяного агента.
На рисунке 6 показана добротность мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления для различных нефтяных агентов и органических реагентов.

Как видно из рисунка 6, адсорбционная способность мембраны для разделения нефти и воды на нефтепродукты и органические реагенты достигает 150-180% от ее собственной массы.Рисунок 5. Характеристики маслопоглощения мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления Рисунок 6. Устойчивость мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления к различным масляным агентам и органическим реагентам
2. 6 Характеристики мембраны для разделения масла и воды На рисунке 7 показан процесс разделения масла и воды из смеси дихлорметан/вода с помощью мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления.Как видно из рисунка 6, как только дихлорметан попадает в воду, он быстро адсорбируется мембраной для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления и мгновенно (за 1 секунду) проникает в мембрану для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления, а затем вытекает из нижнего отверстия шприца. Дистиллированная вода не проходит через мембрану. сквозная, а водомаслоразделительная мембрана позволяет эффективно разделять водомасляную смесь.Благодаря многократным испытаниям на разделение смеси дихлорметан/вода эффективность разделения достигла 99,9%.
Рисунок 7. Мембрана для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления (LLDPE) Процесс разделения масла и воды из смеси дихлорметан/вода 3 Заключение
а) Оптимальное массовое соотношение LLDPE/PEO составляет 40/60, а оптимальные температура и время ультразвукового выщелачивания составляют 40℃ и 6 ч соответственно.b) Температура мембраны для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления составляет 137,99°, что обладает превосходными гидрофобными свойствами.c) Мембрана для разделения масла и воды из полиэтилена низкого давления может быстро и избирательно адсорбировать дихлорметан и циклогексан, при этом эффективность разделения масла и воды высока, а эффективность разделения смеси дихлорметан/вода достигает 99,9%.

Заявление: Содержание этого графического материала взято из общедоступных материалов или Интернета. Цель перепечатки – передать больше информации и использовать ее для обмена в Интернете. Если вы обнаружите, что графический контент (включая текст, изображения, формы и т.д.) нарушает ваши права на интеллектуальную собственность или другие законные права и интересы. пожалуйста, своевременно свяжитесь с нами.