乙醇诱导下基于PVDF的超疏水涂层及油水分离膜性能研究

发布时间：2020-06-15 22:45

【摘要】：超疏水材料因具有出色的性能而广泛应用于各个领域,但其实际应用往往受到制备工艺和物料成本的限制,需要科研工作者进一步深入研究。我们以乙醇诱导相转化法为基础,对超疏水材料的制备工艺进行创新,并优化材料性能使其满足实际应用的要求。主要内容如下:(1)具有类似荷叶自清洁功能的超疏水表面可以在一定程度上抑制细菌的附着,但由于不能杀死细菌而无法完全避免被其污染。我们提出了一种改良的溶胶-凝胶法来制备自清洁抗菌涂层。将具有良好疏水性和抗菌性的沸石咪唑骨架-8(ZIF-8)纳米颗粒与聚偏氟乙烯(PVDF)胶体悬浮液混合,然后用1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)改性PVDF/ZIF-8纳米复合材料制得PVDF/ZIF-8/POTS(PZP)涂料。得到的PZP涂层具有高接触角(160°)和低滚动角(7°),表面堆积的污垢颗粒很容易被滚动的水滴带走,表现出极佳的自清洁功能。值得注意的是,PZP涂层对革兰氏阴性大肠杆菌的抑菌率达到了100%,显示出优异的抗菌功能。此外,经过PZP涂料改性的织物能够高效分离油水混合物。(2)多年来,油水混合物,特别是乳浊液的处理问题一直困扰着人们。我们通过乙醇诱导相转化法成功制备出具有超疏水-超亲油性质的聚偏氟乙烯/聚二甲基硅氧烷(PVDF/PDMS)多孔混合膜。混合膜的水接触角高达164±1.9°,油接触角仅为0°。凭借高孔隙率和优异的选择润湿性,PVDF/PDMS混合膜可以快速分离各种表面活性剂稳定的油包水乳浊液,仅在重力作用下,渗透通量便可达到713±24?855±45 L m~(-2) h~(-1),而分离效率超过99.81%。此外,PVDF/PDMS混合膜在分离表面活性剂稳定的油包水乳液时具有优异的可重复使用性。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893
【图文】：

照片,荷叶,乳突结构,实物

在荷叶表面的实物照片（a），荷叶表面乳突结构 SEM 图像（b）面蜡小管 SEM 图像（c）hotographs of water droplets on the lotus leaf surface (a), SEM imag lotus leaf surface (b), SEM image of waxy tubules on the papillae su效应的启发下，众多科研工作者以极大的热情投入到仿生得具有特殊功能的材料。类似于荷叶表面的超疏水材料在的应用，并表现出新颖独特的优越性能。玻璃表面的疏水

模型图,固体表面,模型,水滴

能又被称为表面张力，一般用来表示，它是物体表面的一种基本性质。指液体或固体内部分子之间相互作用导致其表面的分子受力不均从而产生向内收缩的力，其单位是 N·m-1或 J·m-2，等于恒容恒温下增加单位面积所做的功。根据吉布斯的热力学理论，当液体与固体接触时总会趋向于最低能量的平衡状态。为了使体系能量达到最低，当固体的表面张力比液体的表面张力大时，液体将替代固体表面的气体进而润湿固体表面；当固体的表面张力比液体的表面张力小时，液体则不能替代固体表面的气体。因此，固体的表面张力越小，越不容易被液体润湿。1.2.2 表面粗糙度粗糙度指的是固体表面的实际面积与表观面积之比，对固体表面的润湿性具有较大的影响。在润湿过程中，适宜的粗糙度往往可以加强材料表面的亲疏水性使疏水材料更疏水，亲水材料更亲水。因此，在表面张力一定的情况下，通过改变材料表面粗糙度可以调控材料表面润湿性。不同粗糙度的固体表面与液体的接触状态有不同的方程来表示，如下所述：

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