超疏水材料的制备及应用

发布时间：2017-12-12 00:16

  本文关键词：超疏水材料的制备及应用

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【摘要】：随着经济的发展,石油及有机溶剂的泄漏事件发生的越来越频繁。在大型石油泄漏事故中,现在一般的处理方法无法做到石油的完全去除,总是会剩余少量油污漂浮在水面,形成油膜阻隔水体与空气的气体交换,对生态环境造成破坏；在日常生活中人们也会经常受到微量油污的困扰,比如水族箱中漂浮一层油膜,厨房中碗筷和台面上的微量油污。这些微量油污染影响着生态环境和人们的日常生活,但去除这些微量油污又比较麻烦,目前还没有有效的处理方法。本论文采用超疏水材料实现在水中去除微量油污染。超疏水现象是由固体表面润湿性决定的,而润湿性由固体表面的化学成分和几何构型以及液体的性质决定。超疏水表面被定义为水接触角大于150°且滞后角小于10°的固体表面,水在此种表面无法铺展,形成类球形的水滴,很容易滚动。超疏水材料的制备方法主要分为两类：一是在低表面能的固体表面构造粗糙结构；二是在具有粗糙结构的固体表面修饰低表面能的物质,常用的是含氟和硅的材料。很多研究人员对超疏水现象进行了研究,制备出了很多超疏水材料,但大部分制备方法复杂,工艺要求高,不适合大规模生产。因此探索方法简单、造价低并且具有良好超疏水性的材料具有很重要的意义。本文根据超疏水材料的原理,通过两种方法成功制备出超疏水材料,分别是超疏水功能纸和石墨烯超疏水膜,两种材料均表现出优秀的吸附水中油及有机溶剂的性能,并且质地柔软,适用于多种不同的环境。本文具体的工作和结论如下：1.对自然界中的超疏水现象进行了介绍,并对理论基础、模型以及制备方法进行了综述,总结了研究人员对于超疏水材料的研究进展,并对超疏水材料的潜在应用领域进行了分析。2.制备出一种新型的具有超疏水和超亲油性质的超疏水功能纸(SFP)。制备过程简单,将纸巾浸入含有二氧化硅纳米颗粒和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的溶液,使二氧化硅纳米颗粒在纸巾上团聚,增加表面粗糙度,并固化PDMS降低表面能,由此制得超疏水功能纸SFP。SFP柔软且毛细力强,大小和形状可以灵活变动。制备的SFP样品能快速吸附多种油类和有机溶剂,并且能以较高的分离效率从油水混合物中分离出油。由于纸巾强大的毛细作用力,SFP能迅速从水面或水下吸附微量的油,而这对于很多传统的吸油产品是很难做到的。此外,SFP的力学性能和原先的纸巾相比得到了明显的提升,甚至在十二烷中浸泡了两周后,仍然能够保持良好的力学特性。另外,原料纸巾和二氧化硅价格低廉,为SFP的大规模生产及应用提供强大的优势。3.制备出一种基于石墨烯材料的超疏水膜。基本思路为用蜡烛火焰对具有疏水性的石墨烯膜进行表面修饰,增加其表面粗糙度,得到具有超疏水性的石墨烯膜。具体方法为通过加热喷涂的方法将氧化石墨烯溶液均匀喷涂在玻璃基底上,通过肼蒸汽还原,得到石墨烯膜,再通过蜡烛火焰修饰表面,得到具有超疏水性的石墨烯超疏水膜。通过对石墨烯膜进行Raman光谱、红外光谱和XRD光谱表征,证实样品中含氧官能团大量减少,还原度较高。未进行表面修饰前的石墨烯膜具有很强的水粘附性,且润湿性受喷涂时基底温度的影响,当基底温度高于50°时,最终样品即具有疏水性；蜡烛火焰进行表面修饰进一步增大石墨烯膜表面的水接触角,使之具有超疏水性,并减小其水粘附性。因此我们实现了通过控制喷涂时衬底的温度和蜡烛火焰表面处理过程来调控最终得到的石墨烯的疏水性与水粘附性。石墨烯超疏水膜展现出良好的柔韧性以及吸附有机物的性质,对水面和水下的有机物均能有效吸附,因此在油水分离领域具有很大的应用前景。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34

【参考文献】

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本文编号：1280452