生活污水及工業(yè)廢水的大量排放、海上漏油事故的頻頻發(fā)生，對(duì)我們的污水處理能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。含油廢水對(duì)環(huán)境造成了巨大的危害，如石油漂浮在海面上，迅速擴(kuò)散形成一層不透氣的油膜會(huì)阻礙水體的復(fù)氧作用，影響海洋浮游生物生長(zhǎng)，破壞海洋生態(tài)平衡。含油污水處理起來也極為困難、效率低、成本高。膜分離具有能耗低、單級(jí)分離效率高、過程靈活簡(jiǎn)單、環(huán)境污染低、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是膜分離應(yīng)用效率受膜的抗污染性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等內(nèi)在因素及膜組件形式、操作條件等外在因素的限制。含油廢水的超親水超疏油膜處理法，即所謂Water-Removing法，該膜在空氣或水中超疏油，并且對(duì)油表現(xiàn)出極低的粘附力，滾動(dòng)接觸角僅2~3°，有效防止了油滴的粘附。當(dāng)含油廢水接觸膜表面時(shí)，水可以源源不斷往下滲透，而表面始終保持超疏油性，油截留在表面從而達(dá)到油水分離的效果，且由于膜的潛在憎油性，油始終無法污染膜表面，是一種真正的抗污染、低能耗、長(zhǎng)壽命、高效率的分離膜，從而成為未來油水分離膜的主要發(fā)展方向。

本論文在這一背景下，致力于研究開發(fā)超親水超疏油油水分離膜，重點(diǎn)工作圍繞著膜的表面潤(rùn)濕性、膜的化學(xué)穩(wěn)定性和分離效率等的理論和應(yīng)用方面展開，具體工作如下:

(1)毛細(xì)力學(xué)在超親水膜分離過程中的應(yīng)用及其力學(xué)模型的構(gòu)建。文中運(yùn)用毛細(xì)力學(xué)的思想考察超親水膜分離過程的相關(guān)物理量，將基于特殊潤(rùn)濕性的膜材料的膜孔歸類為毛細(xì)管孔道，在此基礎(chǔ)上建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)超親水膜分離油水混合物中的受力情況進(jìn)行了詳細(xì)分析。從表面張力的角度計(jì)算分析了空氣中超親水超親油膜在水下超疏油的原理;從毛細(xì)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)對(duì)膜分離過程中的毛細(xì)流動(dòng)速率、毛細(xì)管總滲透速率、膜通量以及臨界穿透壓力等量進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了檢驗(yàn);在此基礎(chǔ)上初步從毛細(xì)力學(xué)角度探討了超親水及水下超疏油分離膜的分離機(jī)理，為后面的實(shí)驗(yàn)制備提供理論指導(dǎo)。

(2)超親水及水下超疏油油水分離膜的制備及油水分離性能測(cè)試。以機(jī)械性能良好的不銹鋼絲網(wǎng)作為基材，以富含羥基的、具有優(yōu)良成膜性、親水性和保水性能的聚乙烯醇和羥基丙烯酸樹脂為基本成膜物質(zhì)、戊二醛為交聯(lián)劑，摻雜親水的無機(jī)納米Si O2顆粒，構(gòu)造了微納粗糙結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)采用多次逐級(jí)涂裝的方法，有利于提高膜的表面粗糙度，從而使膜的表面在自然環(huán)境下具有穩(wěn)定的超親水性能，采用簡(jiǎn)單的浸涂?jī)刹酵垦b法和加熱固化法成功制備了水環(huán)境下具有超親水和超疏油性質(zhì)的油水分離膜。該膜可以有效分離各類油水混合物，如植物油、汽油、柴油和原油的油水混合物等，分離效率高達(dá)99%，可使處理后的污水含油量低于50mg/l。在分離過程中，網(wǎng)膜的水下超疏油和對(duì)油低粘附的特性使網(wǎng)膜不易被油粘附和污染，從而使油和材料的回收再利用簡(jiǎn)單易行。

(3)UV固化超親水及水下超疏油油水分離膜的制備及油水分離性能測(cè)試。首先以具有良好防腐蝕性能和環(huán)境友好性的UV固化PUA/EA復(fù)合乳液對(duì)不銹鋼絲網(wǎng)進(jìn)行底涂前處理，在不銹鋼絲網(wǎng)上構(gòu)筑防腐保護(hù)層;接著以環(huán)境友好的、富含羥基的親水性能優(yōu)異的聚乙二醇二丙烯酸酯系列UV固化低聚物作為基礎(chǔ)成膜物質(zhì)，以PVA作為乳化劑，摻雜親水的無機(jī)納米Si O2顆粒，采用UV固化法構(gòu)造了微納粗糙結(jié)構(gòu);最后以親水的較大分子量的單官能的聚乙二醇二丙烯酸酯UV固化低聚物對(duì)膜的表面進(jìn)行接枝，從而使膜的表面具有分子刷結(jié)構(gòu)，得到一種適用于復(fù)雜化學(xué)環(huán)境和具有自清潔功能的，水環(huán)境下具有超親水和超疏油性質(zhì)的油水分離膜。該膜可以有效分離各類油水混合物，使處理后的污水含油量低于50mg/l。在分離過程中，網(wǎng)膜能夠有效抵制廢水中酸對(duì)基材的腐蝕，膜表面的親水分子刷結(jié)構(gòu)使油在膜表面的粘附力極低，網(wǎng)膜不易被油粘附和污染。

(4)濕度響應(yīng)超親水超疏油油水分離膜的制備及油水分離性能測(cè)試。首先，以具有良好防腐蝕性能和環(huán)境友好性的UV固化PUA/EA復(fù)合乳液對(duì)不銹鋼絲網(wǎng)進(jìn)行底涂防腐前處理;其次，合成了親水疏油聚合物作為基礎(chǔ)成膜物質(zhì)摻雜上一章中的UV固化親水涂料中，以PVA作為乳化劑，摻雜親水的無機(jī)納米Si O2顆粒和疏油改性的無機(jī)納米Si O2顆粒，構(gòu)造了微納粗糙結(jié)構(gòu)，采用簡(jiǎn)單的浸涂涂裝法和光熱雙重固化法成功制備了水刺激響應(yīng)超親水和超疏油性質(zhì)的油水分離膜。該膜置于水環(huán)境下一段時(shí)間后，在水的刺激相互作用下，親水基團(tuán)會(huì)自組裝到膜的表層，疏油基團(tuán)位于底層，從而表面具有穩(wěn)定的親水性，而膜的底層是疏水疏油的，在液柱壓力的作用下，水可以穿透下層疏水層而滲透下去，而油則需要穿越上層親水層和下層疏水疏油層的雙重保護(hù)才能滲透，故而，調(diào)節(jié)合適的過濾壓力，可以僅使水能夠滲透，而油不能滲透，達(dá)到油水分離效果。而由于此類型的膜具有親水層和疏水疏油層雙層抗油污染層，從而具有更好的耐污性能。