仿生超疏水铜网表面的制备及油水分离性能研究

发布时间：2017-09-18 14:44

  本文关键词：仿生超疏水铜网表面的制备及油水分离性能研究

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【摘要】：到目前为止,人们使用各种方法制备超疏水材料,例如静电纺丝法、浸泡法、溶胶-凝胶法等,一般来讲,这种材料本身固有疏水,或者制备完毕经表面修饰后获得疏水效果。本文中采用电刷镀工艺,在铜网表面电沉积纳米铜,使固有亲水的纳米铜转变为具有超疏水性质的纳米铜网。并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、光学接触角测量仪等对铜网进行表征,使用油水分离装置粗略检测其分离效率。主要工作如下:(1)利用电刷镀设备,根据不同的刷镀电压、镀液成份、刷镀温度等参数,制备不同表面形貌的铜网结构,通过扫描电镜照片,可观察到铜网具有独特的四级分级结构,其中铜丝本身看作第一级分级结构,微米级别的乳突结构为第二级分级结构,亚微米级别的颗粒为第三级分级结构,分布在第三级分级结构上的纳米级别颗粒称为第四级分级结构。X射线衍射仪和X射线能谱仪分析结果证明,在电刷镀过程中,并没有发现其他的杂质元素,表明只有纳米晶铜产生,活性剂和柠檬酸等添加剂没有参加任何的反应。通过比较五种不同刷镀电压下的铜网表面扫描电镜照片,发现获得疏水铜网表面的最佳刷镀电压是(18)V;通过静态接触角检测发现,在最佳刷镀电压下制备的铜网其静态接触角度达到最大,疏水效果最好。(2)本文分析了铜网的润湿模型,由于在铜网网孔处液滴下表面与空气接触,与Cassie理论中液体表面与固体表面间的空气膜类似,故我们假设铜网的任一级分级结构符合Cassie润湿模型。将铜基表面静态接触角带入Cassie公式,得到铜网表面的理论静态接触角为159°,而铜网表面的实际静态接触角为151°,与理论值相近,因此可判定铜网表面润湿行为符合Cassie理论。(3)本文中利用自制的油水分离设备,分析了煤油油水混合物的分离过程,初步计算了铜网的油水分离效率,忽略铜网表面和烧杯内壁的煤油残留,油水分离效率达到了82%。本可以以表面张力的角度来加以解释油水分离机制,表面张力的合力可促进水滴的疏水行为,并促进油相透过铜网。
【关键词】：电刷镀 超疏水 纳米晶铜 油水分离 铜网
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-32
• 1.1 纳米材料概述10
• 1.2 纳米疏水材料的制备方法10-20
• 1.2.1 静电纺丝技术12-14
• 1.2.2 溶液浸泡法14-16
• 1.2.3 电化学方法16-18
• 1.2.4 阳极氧化法18-20
• 1.3 固体润湿理论20-23
• 1.3.1 润湿性基本理论20-22
• 1.3.2 Wenzel理论与Cassie理论22-23
• 1.4 油水分离材料的研究现状23-30
• 1.4.1 超疏水-超亲油型油水分离材料23-28
• 1.4.2 超亲水-超疏油材料28-29
• 1.4.3 智能型油水分离材料29-30
• 1.5 论文研究的主要内容以及意义30-32
• 第二章 样品的制备与表征32-38
• 2.1 引言32
• 2.2 超疏水纳米铜网的制备32-36
• 2.2.1 实验所需药品32
• 2.2.2 制备疏水铜网所需的设备32-34
• 2.2.3 制备过程34-36
• 2.3 样品表征36-38
• 2.3.1 样品形貌分析36
• 2.3.2 样品晶体结构和成份分析36-37
• 2.3.3 润湿性能和功能特性分析37-38
• 第三章 铜网表面的润湿行为表征及疏水机制分析38-58
• 3.1 引言38-39
• 3.2 样品的制备39
• 3.3 实验结果分析39-57
• 3.3.1 铜网的结构以及成分分析39-48
• 3.3.2 液滴的静态行为与液滴滚动测试48-51
• 3.3.3 铜网润湿机制分析51-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 铜网的油水分离研究58-64
• 4.1 引言58
• 4.2 实验材料58-59
• 4.3 油水分离理论以及机制59-62
• 4.3.1 油水分离过程及效率59-61
• 4.3.2 铜网油水分离机制解析61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 结论64-66
• 参考文献66-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 梁伟欣;张亚斌;王奔;郭志光;刘维民;;仿生超疏水性表面的生物应用[J];化学学报;2012年23期

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本文编号：876180