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，對我們的污水處理能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。含油廢水對環(huán)境造成了巨大的危害，如石油漂浮在海面上，迅速擴散形成一層不透氣的油膜會阻礙水體的復(fù)氧作用，影響海洋浮游生物生長，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、單級分離效率高、過程靈活簡單、環(huán)境污染低、通用性強等優(yōu)點，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，并且對油表現(xiàn)出極低的粘附力，滾動接觸角僅2~3°，有效防止了油滴的粘附。當(dāng)含油廢水接觸膜表面時，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，重點工作圍繞著膜的表面潤濕性、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)動力學(xué)的角度出發(fā)對膜分離過程中的毛細(xì)流動速率、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)的計算，并通過實驗進(jìn)行了檢驗;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理，為后面的實驗制備提供理論指導(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試。以機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，采用簡單的浸涂兩步涂裝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，摻雜親水的無機納米Si O2顆粒和疏油改性的無機納米Si O2顆粒，構(gòu)造了微納粗糙結(jié)構(gòu)，采用簡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)境下一段時間后，在水的刺激相互作用下，親水基團(tuán)會自組裝到膜的表層，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。