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摘 要

二氧化硅（SiO₂）气凝胶具有独特的三维网状结构，这样的结构赋予了它在吸附、吸音等领域内得天独厚的优势。这样的结构在带来优势的同时，不可避免的也会带来一些缺点，比如机械性能差等，这就使得气凝胶材料在实际应用中受到了很大的限制。本文使用了溶胶-凝胶法制备聚丙烯/湿气凝胶复合材料并使用CO₂超临界干燥。然后用TMCS和HMDS作为表面疏水改性剂，浓度分别设置为10/15/20/25/25/30%，对复合材料进行疏水改性。研究表明，使用聚丙烯纤维毡材料作为气凝胶材料的骨架，解决了纯气凝胶材料吸油后崩坏的问题。对比两种表面疏水改性剂的效果，HMDS的疏水改性效果优于TMCS的疏水改性效果；HMDS作为疏水改性剂的疏水改性的最佳浓度为20%，TMCS作为疏水改性剂的疏水改性的最佳浓度为25%。

关键词：低密度 SiO₂气凝胶复合材料 疏水改性 吸附

Preparation and Properties of Polypropylene/Aerogel Composites

Abstract

Silica (SiO₂) aerogels with low density, low thermal conductivity and high porosity have great application prospects in the fields of adsorption and sound in- sulation. However, the brittle disadvantage of aerogel severely limits its commercial application. This paper uses acid-base two-step method to prepare polypropylene /aerogel composites.Trimethylchlorosilane(TMCS) and hexamethyldisilazane (HMDS) were then used as modifiers at a concentration of 10/15/20/25/25/30%, respectively, to hydrophobically modify the composite material. Studies have shown that the use of polypropylene fiber felt as a skeleton of aerogel material solves the problem of collapse of pure aerogel materials after oil absorption. The hydrophobic modification effect of HMDS as a hydrophobic modifier is better than the hydrophobic modification effect of TMCS as a hydrophobic modifier; the optimal concentration of hydrophobic modification of HMDS as a hydrophobic modifier is 20%, and TMCS is used as a hydrophobic modification. The optimal concentration of hydrophobic modification of the agent is 25%.

KeyWords:Low density; SiO₂ aerogel composite; hydrophobic modification ;

adsorption

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2气凝胶概述 2

1.2.1 炭气凝胶 3

1.2.2 纤维素气凝胶 3

1.2.3 SiO₂气凝胶 4

1.3 低密度气凝胶 4

1.3.1 超低密度SiO₂气凝胶 4

1.3.2 超低密度炭气凝胶 5

1.4 油水分离材料 5

1.4.1 新型海绵 5

1.4.2 磁性油吸附剂 6

1.4.3 高度可压缩气凝胶 7

1.5 吸油性能的测试 9

1.6 研究目的和内容 9

1.6.1 研究目的 9

1.6.2 研究内容 10

第二章 聚丙烯/气凝胶复合材料的制备 11

2.1 引言 11

2.2 实验原料与仪器 11

2.2.1 实验原料 11

2.2.2 实验仪器 12

2.3 实验方法 12

第三章 聚丙烯/气凝胶复合材料的性能研究 14

3.1 聚丙烯/气凝胶复合材料实验结果分析 14

3.1.1制备复合气凝胶实验结果分析 14

3.1.2样品吸油分析 15

3.1.3扫描结果分析 17

3.1.4 X射线衍射结果分析 18

3.1.5红外光谱结果分析 19

3.1.6吸附脱附曲线以及孔结构结果分析 21

3.1.7疏水角测试结果分析 22

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

1.1引言

由于不断增加的石油工业的意外漏油事故，除油和分离技术对于人类生活和发展变得越来越重要。溢油事故后的生态系统风险评估至少需要一种生物成分的反应，以便对溢漏事故相关风险有一定程度的了解。未经处理的废油和污染物直接排放不仅会造成不必要的经济损失，而且会对环境和生态系统造成危害。人为地将石油引入海洋环境主要是由于原油和成品的生产和运输时发生的意外事故。突然引入高浓度碳氢化合物可能会杀死许多海洋动物或引起亚致死效应。此外，原油泄漏事故的发生对于沿海地区的经济、生态环境的影响可能非常巨大。休闲区，商业渔业，港口和船只可能会受到影响。因此，在漏油事件发生后迅速清理这些区域具有很大的动机，但是这些努力的代价可能是昂贵的，并且它们本身具有一定的破坏性。溢油事件的发生会造成严重的环境污染，海洋和陆地生态系统破坏和重大的经济损失。

为了解决这个问题，世界各地的研究人员不断探索各种方法。迄今为止，包括化学治疗^[1]，生物修复^[2]，和物理撇除^[3]在内的各种技术已被开发用于吸油和分离。在这些方法中，使用吸附剂直接从污染区域中去除油分是最有效和最具有成本效益的。化学治疗比如化学分散剂的使用是常见的对于溢油清理的主要方法之一。使用分散剂的最初理由是为了回应公众和政府对家禽，鱼类，海洋哺乳动物，海岸线污染和饮用水源污染的潜在损害。如果水量足够大能达到有效稀释，将泄漏的原油进行分散溢油处理之后可以大大减少原油泄漏对环境的影响。在大多数情况下，从经济的角度来看，将油迅速分散到公海的水柱中的费用要高于石油到达陆地后进行机械海岸线清理。在海洋环境中，有许多各种各样的微生物，他们无处不在地分布在海洋的各个角落。其中，有一类微生物是烃类微生物。这些微生物可以天然降解污染石油中的大部分的碳氢化合物，并且在过程中不产生有毒害的物质。通过增加外源微生物种群或刺激本土种群来实现生物修复，试图将自然危害的退化速率提高到显着更高的速度。与这两种方法相较而言，物理吸附有成本低，效率高，操作方便等优点。

对于吸附过程来说，理想的吸附材料应具有较高吸附能力和速率，优良的分离能力，较高的稳定性，更低的成本和优异的重复使用性等优点。而且，如果被吸收的油可以通过简单的挤压，蒸馏或提取进行回收，也会带来很大的便利。因此，使用具有出色吸收能力、高油水选择性和低密度的3D多孔吸附材料是很有前景做法。

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