有机、无机材料的超疏水功能化改性及应用研究

发布时间：2017-06-15 22:12

  本文关键词：有机、无机材料的超疏水功能化改性及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在自然界中,有许多植物和昆虫具有超疏水性。众所周知,荷叶的超疏水性又叫“荷叶效应”。作为一种特殊的润湿性,超疏水表面通常被定义为与水的接触角(CA)大于150°,滚动角(SA)小于10°的表面。超疏水表面由于其特殊的性能受到了广大研究者们的关注,例如防水性、自清洁性、抗腐蚀性和抗冰性,所以超疏水表面具有多种功能性应用。油泄漏和工业上有机溶剂的排放已经严重的造成了水污染,使生态系统中个各种生物受到威胁。对于油水混合物,在过去十年,具有特殊润湿性的材料被开发用于油水混合物的分离。表面特殊润湿性是化学组成和表面形貌协同作用的结果,起到了对油水选择性润湿的关键作用。据报道大多数的超疏水表面暴露于生活环境中时具有较差的耐久性,当表面暴露于有机溶剂、海水和酸雨等恶劣环境中时,它们的微米/亚微米级二元结构和低表面能物质层能很容易的被破坏。因此,寻找一种简单廉价的方法制备出良好稳定性的超疏水表面仍存在重大的挑战。同时,研究超疏水表面在油水分离领域中的应用也是十分有意义的。本论文中,我们通过构筑粗糙结构和降低表面能的两步法,成功地制备出三种不同的超疏水表面。制备的超疏水表面拥有很好的超疏水性,当超疏水表面暴露于各种腐蚀介质中后,表面具有极好的稳定性。另外,我们还研究了这三种超疏水表面在油水分离领域中的应用。(1)耐蚀性自清洁超疏水表面的研究。通过简单的溶液浸泡法在木材上制备了超疏水表面。为了更加深入的研究粘结机制对超疏水表面稳定性的影响,用月桂醛和月桂酸改性降低木材表面能。制得的两种超疏水木材(SW1和SW2)表面与水的接触角达到了160°和154°。将两种超疏水木材暴露于各种酸碱腐蚀溶液、有机溶剂和模拟海水中后,化学键合的SW1比SW2拥有更好的超疏水性和化学稳定性。此外,SW1具有出色的环境适应性,如耐酸雨腐蚀、好的耐水性和高的自清洁性能。这种方法在延长木质产品在生活中的使用寿命具有很大的潜在前景。同时,这种方法也能应用到棉纺织或滤纸基体上,制得的超疏水棉织物和超疏水滤纸可用于油水分离,表现出了良好的分离效率和循环使用性。(2)高稳定性超疏水介孔二氧化硅的制备及其应用研究。通过简单的方法利用TEOS、APTES和VTEO作为前驱物,成功的制备出了超疏水介孔二氧化硅纳米球(SMS1和SMS2)。当超疏水介孔二氧化硅在各种酸碱腐蚀溶液和有机溶剂中处理之后,其表面的接触角仍然大于160°,表现出了极好的稳定性。此外,我们利用介孔二氧化硅(MS1)和月桂醛成功的在棉织物上制备出了超疏水表面,环氧树脂作为MS1和棉织物的粘结剂,赋予了极好的表面附着力,表面的接触角为155°。当超疏水棉织物暴露于各种pH腐蚀溶液和室内常见液滴中时,仍然表现出了很好的稳定性和抗污性。最后探索了该超疏水棉织物在油水分离中的应用,分离效率高达98.6%,说明该表面具有优秀的油水分离能力。(3)高效油水分离的耐蚀性超疏水泡沫镍的制备研究。通过简单的溶液浸泡法成功的在泡沫镍上制备出了超亲油超疏水表面。利用多巴胺沉积在泡沫镍表面构筑多层次结构,最后利用十八胺进行低表面能修饰,表面的接触角为155°。将制备的超亲油超疏水泡沫镍暴露于各种腐蚀介质后,仍然表面处良好的超疏水性和稳定性。此外,由于超亲油超疏水泡沫镍表面特殊的润湿性能和较大的孔结构,将其用于油水分离时,表现出了极高的分离效率和分离通量,且可以连续的分离油水混合物。
【关键词】：超疏水 腐蚀 稳定性 油水分离
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB306
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 第1章 绪论10-32
• 1.1 超疏水表面简介10-23
• 1.2 超疏水表面的性质23-27
• 1.3 超疏水表面的研究现状及应用27
• 1.4 本课题研究目的及内容27-28
• 参考文献28-32
• 第2章 实验材料、测试方法及技术路线32-36
• 2.1 实验材料32-33
• 2.2 实验仪器设备33
• 2.3 测试方法33-34
• 2.4 实验技术路线34-36
• 第3章 耐蚀性自清洁超疏水木材表面的研究36-52
• 3.1 前言36-37
• 3.2 实验37-39
• 3.3 结果与讨论39-49
• 3.4 结论49
• 参考文献49-52
• 第4章 高稳定性超疏水介孔二氧化硅的制备及其应用研究52-68
• 4.1 前言52-53
• 4.2 实验53-55
• 4.3 结果与讨论55-63
• 4.4 结论63-64
• 参考文献64-68
• 第5章 高效油水分离的耐蚀性超疏水泡沫镍的制备研究68-77
• 5.1 前言68-69
• 5.2 实验69-70
• 5.3 结果与讨论70-74
• 5.4 结论74-75
• 参考文献75-77
• 第6章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 作者研究生期间发表论文80

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