Improved micro oil droplet coalescence for oil/water separation by spider silk-like structures

通过蜘蛛丝状结构改进微油滴聚结以实现油/水分离

基本信息

  • 批准号:
    392004639
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Research Grants
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2017-12-31 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Separation of dispersed oil from industrial and natural waters has become an increasing worldwide challenge in order to protect the environment and to provide worldwide clean tap water. The established methods for oil droplet elimination involve either harsh conditions, expensive equipment, complex devices, complicated processing steps, high processing cost or long processing time. This study will reveal the structural influence of micro and macro geometry of fiber surfaces on oil sorption und separation from flowing aqueous media. We will analyze the fundamental principles of a local directed transport of oil droplets in water on chemically and topographically structured surfaces. This innovative biomimetic research approach for improved oil coalescence efficiency is derived from the mechanisms of droplet adhesion and coalescence on structured natural surfaces like spider web fibers. Their spindle-knots based beads-on-a-string structure promotes the coalescence of dew water droplets on the fibers. In a unique methodology, the known structure-property-relationships of droplet coalescence in the three-phase-system fiber-air-water will be transferred into the fiber-water-oil system and investigated by theoretical modelling, special fiber spinning, surface and coalescence analysis.Droplet transport (particle movement) under water, the kinetics and thermodynamics of oil droplet attachment to a water-immersed graded fiber structure and subsequent coalescence as well as superimposed pressure differences provide very complex conditions which have not yet been understood in their detailed interaction. For this purpose, the relevant biological models - priority on spider fibers - will be further investigated, models established and the oil absorption mechanism of the structures will be developed. The findings will be technically implemented by transferring the found and calculated fiber surface morphology and chemical compositions in new textile and metallic filter structures for improved coalescence and filter efficiency.
为了保护环境和提供全球范围内的清洁自来水,从工业和自然水中分离分散的石油已成为一项日益严峻的世界性挑战。现有的油滴消除方法条件苛刻、设备昂贵、装置复杂、处理步骤复杂、处理成本高或处理时间长。本研究将揭示纤维表面微观和宏观几何结构对流体介质吸油和分离的影响。我们将分析油滴在化学和地形结构表面上的局部定向运输的基本原理。这种创新的提高油聚结效率的仿生研究方法源于液滴在蛛网纤维等结构自然表面上的粘附和聚结机制。它们基于纺锤结的串珠结构促进了露水水滴在纤维上的聚合。在一种独特的方法中,将已知的纤维-空气-水三相体系中液滴聚结的结构-性能关系转移到纤维-水-油体系中,并通过理论建模、特殊纤维纺丝、表面和聚结分析进行研究。液滴在水中的输运(粒子运动)、油滴附着在水浸梯度纤维结构上的动力学和热力学以及随后的聚并以及叠加的压力差提供了非常复杂的条件,这些条件在它们的详细相互作用中尚未被理解。为此,将进一步研究以蜘蛛纤维为重点的相关生物学模型,建立模型并开发结构的吸油机理。这些发现将通过将发现和计算的纤维表面形态和化学成分转移到新的纺织和金属过滤器结构中来技术上实施,以改善聚结和过滤效率。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A novel method for measuring dynamic contact angles of fibers with spindle‐knots
  • DOI:
    10.1002/app.50673
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Maryam Aliabadi;W. Konrad;T. Stegmaier;V. Arnim;Çigdem Kaya;Yan Liu;Bin Zhan;Gouyong Wang
  • 通讯作者:
    Maryam Aliabadi;W. Konrad;T. Stegmaier;V. Arnim;Çigdem Kaya;Yan Liu;Bin Zhan;Gouyong Wang
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