可控润湿性块状纳米纤维聚合物/碳材料的制备及其应用
发布时间：2022-01-22 04:54
三维多孔纳米材料具有丰富的孔结构,密度低,比表面积较大等优点,这些优异的性质使其在催化剂载体、气体及乳液分离、污水处理及光热转化方面有着广阔的应用前景,然而目前仍然缺乏行之有效的方法制备出多功能的三维多孔纳米材料。本研究中我们利用简单水热方法制备了由酚醛树脂基纳米纤维交联的三维块体材料。该块体材料的润湿性可以通过控制水热温度予以调控,当温度超过220℃时,材料呈现超疏水性质,而当水热温度低于210℃时,材料呈现超亲水性质;而且基于聚合物材料高温煅烧的碳材料的润湿性呈现类似的性质。论文进一步研究了基于聚合物/碳纳米纤维材料的油水分离的实验,其中超疏水的聚合物/碳纤维可以有效分离油包水型的乳液,而超亲水的聚合物/碳纤维由于其水下超疏油的性质可以实现水包油型乳液的分离;此外,我们还进一步研究了碳纤维组成的块体材料的光热转化性能,良好的吸光率及三维孔洞结构使该碳材料具有优异的光热转化性能。论文形成的主要结论如下:1.可调润湿性纳米线交织的酚醛树脂基聚合物海绵制备及其油水分离性能采用苯酚、甲醛和二氨基苯并咪唑为前驱体,在阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵协助下,以水热法合成了具有高长径比的块状...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Young氏方程模型
可控润湿性块状纳米纤维聚合物/碳材料的制备及其应用2ThomasYoung认为，一滴水在完全光滑的平面上，其接触角的大小应与固-液、固-气和液-气界面之间的界面能相关，即：svsllv-cos=(1-1)其中sv、sl和lv分别表示固-气、固-液和液-气界面的表面张力。即为液体在三相线上的接触角，也称为本征接触角。但其成立的前提是均匀的化学性质和理想的光滑平面，认为表面的润湿性取决于界面处的化学成分，然而一些低表面能的材料(如聚四氟乙烯)其接触角也没有达到超疏水(接触角>150o)。图1-1Young氏方程模型(2)Wenzel模型[17]由于光滑平面的设定不符合实际中平面的状态。1936年Wenzel在Young氏方程的基础上引入了表面粗糙度因子r的概念，表示为固体表面的实际面积与固体对接触表面的投影面积的比值，在这样的设定下r1。新的表达式为：coscoswr(1-2)式中w称为表观接触角。因此，根据公式(1-2)可以得出，当90时，材料表面的疏水性随着表面粗糙度的增加而提高，若90时，表面粗糙度的增加有利于改善表面的亲水性。图1-2Wenzel模型
1绪论3(3)Cassie-Baxter模型[18]当粗糙表面凸出和凹陷区域之间有空气滞留，水不能完全润湿粗糙表面时，由Cassie和Baxter提出的新模型变得适用。其式为：1122coscoscoscff(1-3)式中c为固体在Cassie-Baxter状态下的表观接触角，1和2表示表面1和表面2的本征接触角，1f和2f分别是固/液界面和液/气界面所占的分数，且12ff1。则(1-3)式可简化为：11cos(cos1)1cf(1-4)由上式可以看出，接触角随固/液接触面积百分比1f的减小而增大。实际中大多数体系都属于Cassie-Baxter状态，因此此公式应用更为广泛。总而言之，通过改变材料表面能并制造粗糙结构，将两者相结合，可以获得超疏水表面。图1-3Cassie-Baxter模型1.2.2超疏水材料的分类近年来，研究者对超疏水材料进行了广泛的研究，其制备方法也多种多样，主要原理是降低材料的表面能，提升其粗糙度[19-21]。如涂层法、刻蚀法、沉积法、模板法、原位生长法、水热法、接枝法、静电纺丝法等。(1)涂层法涂层法是常用的赋予材料表面粗糙度的方法，以物理的方式将涂料覆盖在材料上，过程简单，成本较低。常用的方式有浸涂，旋涂和喷涂[22-24]。Xu等人[25]使用浸涂法将两种改性过的SiO2颗粒交替沉积在棉纺织品上，然后用
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料润湿性调控及其应用于油/水混合物分离的研究进展[J]. 尤磊,宋玉峰,李西营. 化学研究. 2019(04)
[2]The revival of thermal utilization from the Sun: interfacial solar vapor generation[J]. Lin Zhou,Xiuqiang Li,George W.Ni,Shining Zhu,Jia Zhu. National Science Review. 2019(03)
[3]疏水化SiO2纳米颗粒及其超疏水涂层的制备[J]. 尤磊,宋玉峰,李西营. 化学研究. 2018(06)
[4]MoS2负载TiO2纳米棒提高光催化制氢活性[J]. 刘梅,王雁鸿,陈威,毛立群. 化学研究. 2018(05)
[5]Pt在CdS表面的控制沉积及其助催化机理（英文）[J]. 陈威,刘双,楚婷婷,巴倩倩,贾新佳,毛立群. 化学研究. 2018(03)
[6]Three-dimensional artificial transpiration for efficient solar waste-water treatment[J]. Xiuqiang Li,Renxing Lin,George Ni,Ning Xu,Xiaozhen Hu,Bin Zhu,Guangxin Lv,Jinlei Li,Shining Zhu,Jia Zhu. National Science Review. 2018(01)
[7]CdS的结构参数对其可见光分解水产氢性能的影响[J]. 毛立群,刘恒,刘双,巴倩倩,陈威. 化学研究. 2017(04)
[8]泡沫镍基底的超疏水表面制备及其油水分离特性的探究[J]. 宋玉丰,李西营,王玉超. 化学研究. 2017(04)
[9]有机胺催化制备单分散二氧化硅纳米球形颗粒[J]. 李西营,师兵,李萌萌,陈金凤,高丽,刘勇,毛立群. 化学研究. 2015(06)
[10]超疏水油水分离材料研究进展[J]. 刘山虎,许庆峰,邢瑞敏,中田一弥. 化学研究. 2015(06)
本文编号：3601583
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Young氏方程模型
可控润湿性块状纳米纤维聚合物/碳材料的制备及其应用2ThomasYoung认为，一滴水在完全光滑的平面上，其接触角的大小应与固-液、固-气和液-气界面之间的界面能相关，即：svsllv-cos=(1-1)其中sv、sl和lv分别表示固-气、固-液和液-气界面的表面张力。即为液体在三相线上的接触角，也称为本征接触角。但其成立的前提是均匀的化学性质和理想的光滑平面，认为表面的润湿性取决于界面处的化学成分，然而一些低表面能的材料(如聚四氟乙烯)其接触角也没有达到超疏水(接触角>150o)。图1-1Young氏方程模型(2)Wenzel模型[17]由于光滑平面的设定不符合实际中平面的状态。1936年Wenzel在Young氏方程的基础上引入了表面粗糙度因子r的概念，表示为固体表面的实际面积与固体对接触表面的投影面积的比值，在这样的设定下r1。新的表达式为：coscoswr(1-2)式中w称为表观接触角。因此，根据公式(1-2)可以得出，当90时，材料表面的疏水性随着表面粗糙度的增加而提高，若90时，表面粗糙度的增加有利于改善表面的亲水性。图1-2Wenzel模型
1绪论3(3)Cassie-Baxter模型[18]当粗糙表面凸出和凹陷区域之间有空气滞留，水不能完全润湿粗糙表面时，由Cassie和Baxter提出的新模型变得适用。其式为：1122coscoscoscff(1-3)式中c为固体在Cassie-Baxter状态下的表观接触角，1和2表示表面1和表面2的本征接触角，1f和2f分别是固/液界面和液/气界面所占的分数，且12ff1。则(1-3)式可简化为：11cos(cos1)1cf(1-4)由上式可以看出，接触角随固/液接触面积百分比1f的减小而增大。实际中大多数体系都属于Cassie-Baxter状态，因此此公式应用更为广泛。总而言之，通过改变材料表面能并制造粗糙结构，将两者相结合，可以获得超疏水表面。图1-3Cassie-Baxter模型1.2.2超疏水材料的分类近年来，研究者对超疏水材料进行了广泛的研究，其制备方法也多种多样，主要原理是降低材料的表面能，提升其粗糙度[19-21]。如涂层法、刻蚀法、沉积法、模板法、原位生长法、水热法、接枝法、静电纺丝法等。(1)涂层法涂层法是常用的赋予材料表面粗糙度的方法，以物理的方式将涂料覆盖在材料上，过程简单，成本较低。常用的方式有浸涂，旋涂和喷涂[22-24]。Xu等人[25]使用浸涂法将两种改性过的SiO2颗粒交替沉积在棉纺织品上，然后用
【参考文献】：
期刊论文
[1]材料润湿性调控及其应用于油/水混合物分离的研究进展[J]. 尤磊,宋玉峰,李西营. 化学研究. 2019(04)
[2]The revival of thermal utilization from the Sun: interfacial solar vapor generation[J]. Lin Zhou,Xiuqiang Li,George W.Ni,Shining Zhu,Jia Zhu. National Science Review. 2019(03)
[3]疏水化SiO2纳米颗粒及其超疏水涂层的制备[J]. 尤磊,宋玉峰,李西营. 化学研究. 2018(06)
[4]MoS2负载TiO2纳米棒提高光催化制氢活性[J]. 刘梅,王雁鸿,陈威,毛立群. 化学研究. 2018(05)
[5]Pt在CdS表面的控制沉积及其助催化机理（英文）[J]. 陈威,刘双,楚婷婷,巴倩倩,贾新佳,毛立群. 化学研究. 2018(03)
[6]Three-dimensional artificial transpiration for efficient solar waste-water treatment[J]. Xiuqiang Li,Renxing Lin,George Ni,Ning Xu,Xiaozhen Hu,Bin Zhu,Guangxin Lv,Jinlei Li,Shining Zhu,Jia Zhu. National Science Review. 2018(01)
[7]CdS的结构参数对其可见光分解水产氢性能的影响[J]. 毛立群,刘恒,刘双,巴倩倩,陈威. 化学研究. 2017(04)
[8]泡沫镍基底的超疏水表面制备及其油水分离特性的探究[J]. 宋玉丰,李西营,王玉超. 化学研究. 2017(04)
[9]有机胺催化制备单分散二氧化硅纳米球形颗粒[J]. 李西营,师兵,李萌萌,陈金凤,高丽,刘勇,毛立群. 化学研究. 2015(06)
[10]超疏水油水分离材料研究进展[J]. 刘山虎,许庆峰,邢瑞敏,中田一弥. 化学研究. 2015(06)
本文编号：3601583
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