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聚二甲基矽氧烷/羧甲基纖維素鈉多孔性膜材之製備及其於油水分離之應用

為了解決kuga機油量的問題，作者王昭仁 這樣論述：

因近年來人類對於石化燃料之龐大需求導致石油開採量大幅上升，使得大規模油汙洩漏意外頻傳，海洋環境遭受嚴重破壞，對於快速處理油汙洩漏意外之方式與方便製備使用之材料是目前較為迫切的需求。本研究主要以聚二甲基矽氧烷(PDMS)、經聚乙二醇-b-聚二甲基矽氧烷(PDMS-b-PEO)修飾後的聚乙二醇-聚二甲基矽氧烷(PEO-PDMS)與羧甲基纖維素鈉(NaCMC)為基材，以類似溶劑澆注-顆粒溶出(Solvent Casting–Particle Leaching)與冷凍乾燥的方式製備疏水與親水多孔性薄膜；PDMS疏水多孔性膜材與PEO-PDMS親水性膜材的製備方式主要是使用PDMS高分子與PDMS-b

-PEO嵌段共聚物搭配已知粒徑範圍與重量比例之砂糖顆粒以簡易混合與熱固化方式進行製備，並利用去離子水將混合物內部之砂糖顆粒溶出形成多孔性材料；PDMS-b-PEO共聚物主要作為添加劑，將其與PDMS預聚物與交聯劑混合形成親水的PEO-PDMS材料；修飾後的PEO-PDMS材料其孔洞表面具有PEO親水支鏈，高表面能之PEO支鏈相較於空氣而言較傾向與水接觸，若將水滴置於PEO-PDMS膜材表面則水滴會逐漸滲入膜材內部使整體表面能量下降，而未經修飾之PDMS多孔性膜材其表面之水滴則無法成功滲入膜材內。實驗中透過油水溶液分離測試比較各條件樣品單位厚度下之分離時間與阻透係數，對於PDMS疏水多孔性膜材而

言，分離時間隨著砂糖使用粒徑增加而下降亦隨著砂糖重量比例上升而下降，而各樣品之去離子水阻透係數(Water Rejection Coefficient, Rw(%))則皆可達到99.354 %以上；對於PEO-PDMS親水多孔性膜材而言，分離時間隨著砂糖使用粒徑增加而下降，但隨著砂糖重量比例上升而上升，而各樣品之柴油阻透係數(Oil Rejection Coefficient, Ro(%))則可達到99.990%以上；於膜材重複使用的測試中，PDMS膜材因澎潤後體積變化程度較大而會導致膜材受損，故僅能重複使用3 ~ 5次，而對於PEO-PDMS膜材則能重複使用5次以上，可見其具重複使用之特性。

然而，因PEO-PDMS親水多孔性膜材於完成分離後，測試油品會部分滲入膜材內部，故後續則研究以羧甲基纖維素鈉(NaCMC)作為主要材料並添加BDDE作為交聯劑以冷凍乾燥的方式製備NaCMC親水多孔性膜材；將多孔性膜材置於水中時，無添加交聯劑之樣品於2小時內即分散於水中，而添加交聯劑之樣品於水中一週後亦可保有其完整結構；研究中藉由調整交聯劑的重量比例使膜材內部孔洞產生差異，於油水溶液分離的測試中可見，交聯劑使用量越多則樣品內部孔徑越小導致油水溶液分離時間拉長，在分離效果的表現上，NaCMC親水膜材相較於PEO-PDMS膜材則具有較高的柴油阻透係數，最高可達99.9983 %；在連續分離的測試上，

分離初期因膜材上方柴油所產生的壓力隨著分離體積的增加而上升使得分離時間縮短，分離中後期柴油於膜材表面結垢的影響程度逐漸變大，進而抵銷了壓力增加對於分離時間縮短的增益，使得分離時間上升，對於分離效果而言，增加分離體積並不會使柴油阻透係數下降，即便總分離體積達3000毫升其柴油阻透係數依然能維持在99.998%以上。研究中亦使用TEMPO氧化法製備奈米纖維素，藉由氧化反應將纖維素上的伯醇氧化成羧基，並透過機械降解的方式製備出奈米纖維素；由TEM的結果可見，製備完成的奈米纖維素其寬度範圍約為6 ~ 50 nm，最小可達5.58 nm，而其長度則可達2.6 μm以上。