邳州市明煦金属制品有限公司

　　超疏水、自清理氟化高纯石墨改性材料不锈钢网的油水分离器科学研究

　　雷然 王嘉柔赵颂 王志

　　摘 要选用环氧树脂胶和氟化高纯石墨（FG）纳米技术片对200目（75 μm）、300目（50 μm）和400目（37.5 μm）不锈钢网开展表层装饰改性材料，制取出具备超疏水、自洁净特性的氟化高纯石墨改性材料钢丝网。正己烷-水、二氯甲烷-水、正癸烷-水、间二甲苯-水及柴油机-水混合物质可在本身作用力下快速根据氟化高纯石墨改性材料钢丝网完成分离出来，且分离出来高效率均在99.89%之上。与此同时，氟化高纯石墨改性材料不锈钢网还具备优良的多次重复使用特性和机械设备耐用性能，在反复应用100次及其外力的作用下损坏100次能，仍保持稳定的超疏水特性。

　　关键字膜；表层；氟化高纯石墨；超疏水；油水分离器；可靠性

　　前言

　　伴随着人类社会和资金的发展趋势，工业生产含油量工业废水和经常出现的渗油安全事故导致的含油量污水环境污染严重威胁了生态环境保护和人们身心健康 [ 1-3 ] 。因而，急需解决可以合理从水里分离出来油和化合物的原材料。传统式的水油混合物质的剥离办法有浮选药剂 [ 4-5 ] 、电凝器 [ 6-7 ] 、微生物解决 [ 8-9 ] 、吸咐 [ 10-11 ] 和作用力分离出来 [ 12] 。殊不知，这种分离出来方式 普遍存在着成本增加、分离出来高效率低、实际操作标准严苛等缺陷，比较严重局限了两者的运用 [ 13] 。膜分离设备因为其操作方法简单、高效率、环保节能、平稳等优势，广泛运用于油水分离器全过程。在这样的情形下，超湿润表层的结构是建立合理油水分离器的至关重要难题 [ 14-18 ] 。

　　受大自然种群菏叶、水飞蝇等的启迪，纳米颗粒和高聚物改性材料的超疏水膜能够 达到高效率的油水分离器全过程 [ 19] 。仔细观察以上有机物的宏观构造发觉，超疏水表层是由分层次的不光滑表面层和低表面的化学物质构成 [ 20] 。现阶段，超疏水膜的配制办法有模版法 [ 21-22 ] 、离子注入法 [ 23-24 ] 、液相堆积法 [ 25-26 ] 、胶体溶液-疑胶法 [ 27] 、旋涂法 [ 28-29 ] 、浸涂法 [ 30-31 ] 等。一般，纳米碳管、氧化石墨烯、聚二甲基二甲基硅氧烷、1 H , 1 H , 1 H , 2 H -全氟癸基三乙氧基氯硅烷等用以超疏水膜的制取 [ 32-34 ] 。在长时间应用中，环境污染和损坏等难题是危害超疏水油水分离器膜功能的两个至关重要的问题 [ 35] 。为化解以上难题，Bu等 [ 36] 制取了牢固的超疏水性三聚氰胺-室内甲醛海棉和纺织物，能够达到高效率油水分离器，且有着优良的抗有机化学腐蚀，耐磨性能和耐碱性污染。Xiong等 [ 37] 仿真模拟聚扰土壤层的绿色植物根处个人行为制取了根据聚氟乙烯膜的牢固超疏水表层，能够 承受非常高的物理学毁坏及其强烈的化学腐蚀且可以完成水油混合物质的持续分离出来。

　　伴随着超疏水表层科学研究的持续发展趋势，含氟化合物中的C—F官能团被发觉可以授予原材料非常低的表面和稳定性的超疏水特性，因此造成学者的普遍关心 [ 30] 。氟化高纯石墨是具备含氟量官能团的片状状构造的高纯石墨基化学物质，拥有 极低表面，价格低，小量涂敷就可以使原料表层具备超疏水性的优点 [ 38-40 ] ，因此被运用于超疏水表层改性材料。He等 [ 39] 根据动态性干固技术性将聚丙稀/聚二甲基二甲基硅氧烷/氟化高纯石墨共混，制取了超疏水复合材质。Li等 [ 40] 选用一步涂敷法制取根据聚氟蜡/氟化高纯石墨复合材质的超疏水针织物，并发觉其具备治愈作用，能够快速且数次修复超疏水特性。

　　文中选用浸涂法制取了一种具备超疏水特性的氟化高纯石墨改性材料不锈钢网，在应用浸涂法改性材料的环节中，片片层氟化高纯石墨纳米复合材料混乱地分布在板材表层，扩大板材表层的表面粗糙度；与此同时，氟化高纯石墨可以授予板材较低的表面。在不光滑的外表外貌和较低的表面协同效应下，改性材料板材表层展现出较好的疏水性能。除此之外，还探讨了改性材料钢丝网的油水分离器特性、自洁净特性、循环系统性能指标、机械设备耐用性能等，并对氟化高纯石墨改性材料钢丝网开展了一系列表现。

　　1 试验原材料和方式

　　1.1 试验原材料

　　氟化高纯石墨，南京市先丰纳米原材料高新科技有限责任公司给予，氟成分：50%~60%(品质)。甲苯，天津春江化工技术有限责任公司给予。工业乙醇，利安隆博华药业有机化学有限责任公司给予。环氧树脂胶和环氧固化剂，南通市星空复合材料有限责任公司给予。柴油机，中国石油化工集团有限责任公司给予。试验室自来水为双蒸水。

　　1.2 氟化高纯石墨改性材料不锈钢网的制取

　　试验选用浸涂法制取氟化高纯石墨改性材料不锈钢网。将不锈钢网先后用甲苯、工业乙醇及双蒸水清理，干躁储备用；配置10%(品质)的环氧树脂胶-环氧固化剂甲苯水溶液，将钢丝网泡浸并震荡30 min；配置0.1%(品质)的氟化高纯石墨-酒精分散化液；将钢丝网取下放进在其中再次震荡1 h；最终将钢丝网置放于40℃的真空干燥箱中干躁12 h，获得氟化高纯石墨改性材料不锈钢网。

　　1.3 剖析测试设备

　　视頻电子光学界面张力检测仪(OCA)，OCA15EC型，法国DatapHisics企业；傅里叶变换光谱分析仪(FTIR)，FTS-6000型，英国Bio-Rad公司；原子力光学显微镜(AFM)，AJ-Ⅲa型，上海市爱建新材料技术发展趋势有限责任公司；卡尔费休水分测定仪(SFY-102型)，深圳冠亚军技术性高新科技有限责任公司；红外测油仪(OIL-9型)，青岛市聚创环保机器设备有限责任公司；磁力搅拌器(MS-M-S10型)，天津钧星瑞科有限责任公司；摇床(HAD-H6000型)，京市恒奥德仪表设备有限责任公司；场发送扫描仪透射电镜(FE-SEM)，Nova Nano430型，英国FEI企业；X射线衍射仪(XRD)，D/max-2500型，日本Rigaku企业；真空干燥箱(D32-6050MBE型)，星科仪表设备貿易有限责任公司。

　　1.4 油水分离器功能测试

　　1.4.1 扩散系数检测

　　选用试验室自做油水分离器设备，合理的检测膜总面积为8 cm 2 。检测油相的渗入扩散系数时，将200 ml油相从设备上边持续倒向钢丝网表层，搜集渗入液的量杯置放在天平秤上，每过10 s纪录渗入液的品质转变。依照式(1)测算渗入扩散系数：

　　式中， J 为改性材料钢丝网的扩散系数值，L/(m 2 ·h)； m 为Δ t 時间内采集的融合液的品质，kg； ρ 为常温下成品油的相对密度，kg/L； A 为设备的合理膜总面积，m 2 ；Δ t 为2次取样的间隔时间，h。试验中相同钢丝网最少选择3张开展检测，最后結果为信息的均值。

　　1.4.2 分离出来高效率检测

　　采用卡尔费休水分测定仪(SFY-102型)测量渗入液中的水分含量。试验中，将80 ml待剥离的水油混合物质(容积比1∶1)倒向钢丝网表层。油水分离器高效率用渗入液中的油纯净度表明，依照式(2)测算：

　　式中， S 为改性材料钢丝网的油水分离器高效率； m 1 为渗入液中水的质量，kg； m 为渗入液的品质，kg。试验中相同钢丝网最少选择3张开展检测，取均值做为最后結果。

　　2 试验結果与探讨

　　2.1 有机化学构成表现

　　试验根据红外线和X射线衍射检测氟化高纯石墨改性材料无防布的表层有机化学构成及其分子结构转变。图1(a)为无防布、氟化高纯石墨、氟化高纯石墨改性材料无防布的红外谱图。能够看得出，氟化高纯石墨以及改性材料无防布均在1200 cm -1 周边发生强C—F震动峰 [ 39] ，证实氟化高纯石墨取得成功负荷在水刺无纺布上。除此之外，氟化高纯石墨改性材料无防布的谱图基本上沒有发生无防布所具备红外线特点峰，这表明氟化高纯石墨在改性材料无防布上几乎做到彻底遮盖。图1(b)为无防布、氟化高纯石墨及其氟化高纯石墨改性材料无防布的XRD谱图。在其中，氟化高纯石墨在2 θ =17.7°的特点透射峰相匹配于其构造的C—F离子键 [ 41-42 ] ，在2 θ =23°和25.9°处的特点透射峰说明其与高纯石墨具备相似的分子结构 [ 43] 。除此之外，氟化高纯石墨改性材料无防布的XRD谱图基本上与氟化高纯石墨保持一致，沒有展现出无防布的特点透射峰，这表明改性材料无防布的外表基本上被氟化高纯石墨彻底遮盖。

　　图1无防布、氟化高纯石墨、氟化高纯石墨改性材料无防布的红外光谱图(a)和XRD谱图(b)Fig.1FTIR (a) and XRD (b) pattern of fabric, fluorinated graphite and FG modified fabric

　　2.2 外部经济外貌表现

　　根据扫描仪透射电镜(SEM)观察氟化高纯石墨改性材料钢丝网表层的宏观外貌。原材料外表粗糙度是其具有超疏水特性的根本性要素之一 [ 44] ，即扩大原材料表层的表面粗糙度能够 有效的提高原料的疏水性能。

　　图2为200目(75 mm)、300目(50 mm)、400目(37.5 mm)氟化高纯石墨改性材料不锈钢网表层的宏观外貌。在低变大倍率下能够 显著观察到，改性材料后的不锈钢网表层越来越十分不光滑，网丝和网眼周边均分散着μm构造的突起，这一状况确认了氟化高纯石墨粉末状在钢线上的取得成功负荷。一样地，用Nano Measurer软件对氟化高纯石墨改性材料钢丝网的孔总面积开展检测，結果如表1所显示。从表格中还可以看得出，伴随着氟化高纯石墨的引进，三种不一样筛网目数钢丝网的均值孔总面积均有一定的减少。从氟化高纯石墨改性材料不锈钢网的部分放大sEM图(图2下图)能够 看得出，片片层的氟化高纯石墨在每个角度上混乱地层叠在不锈钢网表层。

　　图2氟化高纯石墨改性材料不锈钢网的总体和部分变大的透射电镜相片

　　Fig.2SEM images of the whole and part magnified fluorinated graphite modified stainless steel mesh

　　表1 氟化高纯石墨改性材料前后左右不锈钢网的孔总面积和界面张力Table 1 Average pore areas and surface tension of stainless steel meshes before and after FG modification

　　试验根据AFM对无防布、环氧树脂胶改性材料无防布及其氟化高纯石墨改性材料无防布的均值表面粗糙度(average roughness, R a )及方均根表面粗糙度(root mean square roughness, R ms )开展检测。无防布[图3(a)]的外表相对性光洁， R a 数值1.4 μm， R ms 数值1.7 μm。环氧树脂胶改性材料无防布