超疏水纳米海绵制备及其二甲苯吸附性能
发布时间：2021-08-07 21:30
利用聚氯乙烯（PVC）及疏水性气相纳米SiO2颗粒建立了一种简易、快速的超疏水纳米海绵材料的制备方法,并在开展超疏水纳米海绵材料的表面基团分析（IR）、疏水性能测定、表面形貌（SEM）观察的基础上,探究其吸附性能及循环使用性能。为验证超疏水纳米海绵材料的工业应用性能,采用实验室搭载回收设备,对比考察了负载超疏水纳米海绵/未改性海绵/商用金属盘片对间二甲苯的回收性能。结果表明:改性后超疏水纳米海绵材料表面负载涂层整体均匀完整,涂层上接枝的纳米颗粒稳定致密,且表面粗糙度有明显提高。IR谱图中新增有O—Si—O的特征峰,充分证明疏水性SiO2颗粒已负载在材料表面,使其表面疏水角可达150°,具有超疏水亲油特性。改性海绵材料间二甲苯吸附容量可达41.45g/g,且在循环500次后吸附容量仍能达到其初始值的93%,负载该海绵的回收设备则具有良好间二甲苯回收速率（152.83L/h）及效率（99%）,运行58h后仍保持良好间二甲苯回收性能。
【文章来源】：化工进展. 2020,39(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
二甲苯回收设备示意图
图2所示为聚氯乙烯及疏水性气相二氧化硅膜接枝纳米海绵材料表面前后的红外光谱图，其中图2(a)所示的是接枝前的基体海绵材料，图2(b)所示的是接枝PVC及Si O2后的海绵材料。从图2(a)中可见，含有大量海绵基体三聚氰胺的特征峰，其中3354cm-1处为N—H键伸缩振动峰[11],1487cm-1处为C==N特征吸收峰，812cm-1、1341cm-1处为三嗪环弯曲振动峰[12-14]。此外，1547cm-1处为—OH伸缩振动峰，1126cm-1、1033cm-1处为C—O—C基团伸缩振动峰，说明海绵基材中酯基的存在。同基材海绵的IR谱线相比，接枝后材料表面的IR谱线在812cm-1、1341cm-1、1487cm-1处的海绵骨架特征峰谱面积明显减小，这说明PVC膜涂层已包覆在海绵材料表面[15]。1547cm-1处羟基谱峰的明显下降，这说明材料表面疏水性可能有一定程度提高。此外在1082cm-1处新增有O—Si—O的特征峰，这充分证明疏水性SiO2颗粒已负载在材料表面[16]。超疏水表面材料的制备机理在于降低材料的表面能，通常通过两种方法制备：一是通过引入疏水材料，改变表面粗糙度；二是通过表面修饰疏水性基团，降低表面能[17-18]。聚氯乙烯薄膜负载在海绵材料表面，形成致密的疏水涂层网络。—NH2与PVC涂层表面—Cl基发生亲核取代反应，另一端烷氧基水解形成硅醇，同Si O2表面—OH缩合，从而将Si O2纳米颗粒牢固与PVC涂层结合，均匀分散在海绵材料表面。因此，海绵材料表面可同时具有粗糙表面形态和疏水基团，以实现超疏水性[19-20]。
为验证超疏水纳米海绵实际应用性能，在实验室搭载间二甲苯回收设备，对比考察负载超疏水纳米海绵/未改性海绵/商用金属盘片回收设备对于间二甲苯的回收性能，结果见图6及表1。由图6可知，随着设备转速增加，液体回收速率明显提高。负载超疏水纳米海绵回收设备的间二甲苯回收速率（152.83L/h）明显高于未改性海绵的回收设备（85.49L/h）及负载金属盘片（7.48L/h），且总液体回收量与回收间二甲苯量基本相同，回收效率近100%。图4 改性前后海绵材料SEM图
【参考文献】：
期刊论文
[1]二甲苯吸附剂及其在泄漏事故水域的适用性评述[J]. 赵诗琳,孟范平,林雨霏,郑洋,王国善,武江越. 化工进展. 2019(06)
[2]油水乳液分离吸附材料的分离原理、构建方法和分离性能[J]. 戴国琛,张泽天,高文伟,李正军. 化工进展. 2019(04)
[3]溶液浸泡结合表面涂层制备超疏水-超疏油表面（英文）[J]. 石彦龙,冯晓娟,康恺,侯杨. 应用化学. 2019(03)
[4]含氟低表面能修饰的超双疏涂层制备及其性能[J]. 王静,孔庆刚,张龙,钱海燕. 表面技术. 2018(11)
[5]改性三聚氰胺海绵的制备及吸油性能研究[J]. 罗磊,王晓丽,彭士涛,吕娜,户岐飞,赵俊杰. 应用化工. 2018(05)
[6]KH550改性纳米SiO2的制备及其界面相互作用研究[J]. 朱建君,翟秋阁,李晓玲,朱锦锦,于心爱. 化学研究与应用. 2014(07)
[7]吸油材料在海洋溢油处理中的应用研究进展[J]. 王文华,邱金泉,寇希元,赵瑾,王静,张雨山. 化工新型材料. 2013(07)
[8]危险化学品水上泄漏应急处理研究——以苯乙烯为例[J]. 王志霞. 环境科学与管理. 2011(09)
[9]材料表面润湿性的控制与制备技术[J]. 李小兵,刘莹. 材料工程. 2008(04)
[10]碳纤维/环氧树脂复合材料的改性及改性机理[J]. 陈立军,武凤琴,张欣宇,杨建,李荣先. 合成树脂及塑料. 2008(01)
硕士论文
[1]三聚氰胺海绵为基体的吸油材料制备与性能研究[D]. 高慧敏.武汉工程大学 2016
本文编号：3328578
【文章来源】：化工进展. 2020,39(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
二甲苯回收设备示意图
图2所示为聚氯乙烯及疏水性气相二氧化硅膜接枝纳米海绵材料表面前后的红外光谱图，其中图2(a)所示的是接枝前的基体海绵材料，图2(b)所示的是接枝PVC及Si O2后的海绵材料。从图2(a)中可见，含有大量海绵基体三聚氰胺的特征峰，其中3354cm-1处为N—H键伸缩振动峰[11],1487cm-1处为C==N特征吸收峰，812cm-1、1341cm-1处为三嗪环弯曲振动峰[12-14]。此外，1547cm-1处为—OH伸缩振动峰，1126cm-1、1033cm-1处为C—O—C基团伸缩振动峰，说明海绵基材中酯基的存在。同基材海绵的IR谱线相比，接枝后材料表面的IR谱线在812cm-1、1341cm-1、1487cm-1处的海绵骨架特征峰谱面积明显减小，这说明PVC膜涂层已包覆在海绵材料表面[15]。1547cm-1处羟基谱峰的明显下降，这说明材料表面疏水性可能有一定程度提高。此外在1082cm-1处新增有O—Si—O的特征峰，这充分证明疏水性SiO2颗粒已负载在材料表面[16]。超疏水表面材料的制备机理在于降低材料的表面能，通常通过两种方法制备：一是通过引入疏水材料，改变表面粗糙度；二是通过表面修饰疏水性基团，降低表面能[17-18]。聚氯乙烯薄膜负载在海绵材料表面，形成致密的疏水涂层网络。—NH2与PVC涂层表面—Cl基发生亲核取代反应，另一端烷氧基水解形成硅醇，同Si O2表面—OH缩合，从而将Si O2纳米颗粒牢固与PVC涂层结合，均匀分散在海绵材料表面。因此，海绵材料表面可同时具有粗糙表面形态和疏水基团，以实现超疏水性[19-20]。
为验证超疏水纳米海绵实际应用性能，在实验室搭载间二甲苯回收设备，对比考察负载超疏水纳米海绵/未改性海绵/商用金属盘片回收设备对于间二甲苯的回收性能，结果见图6及表1。由图6可知，随着设备转速增加，液体回收速率明显提高。负载超疏水纳米海绵回收设备的间二甲苯回收速率（152.83L/h）明显高于未改性海绵的回收设备（85.49L/h）及负载金属盘片（7.48L/h），且总液体回收量与回收间二甲苯量基本相同，回收效率近100%。图4 改性前后海绵材料SEM图
【参考文献】：
期刊论文
[1]二甲苯吸附剂及其在泄漏事故水域的适用性评述[J]. 赵诗琳,孟范平,林雨霏,郑洋,王国善,武江越. 化工进展. 2019(06)
[2]油水乳液分离吸附材料的分离原理、构建方法和分离性能[J]. 戴国琛,张泽天,高文伟,李正军. 化工进展. 2019(04)
[3]溶液浸泡结合表面涂层制备超疏水-超疏油表面（英文）[J]. 石彦龙,冯晓娟,康恺,侯杨. 应用化学. 2019(03)
[4]含氟低表面能修饰的超双疏涂层制备及其性能[J]. 王静,孔庆刚,张龙,钱海燕. 表面技术. 2018(11)
[5]改性三聚氰胺海绵的制备及吸油性能研究[J]. 罗磊,王晓丽,彭士涛,吕娜,户岐飞,赵俊杰. 应用化工. 2018(05)
[6]KH550改性纳米SiO2的制备及其界面相互作用研究[J]. 朱建君,翟秋阁,李晓玲,朱锦锦,于心爱. 化学研究与应用. 2014(07)
[7]吸油材料在海洋溢油处理中的应用研究进展[J]. 王文华,邱金泉,寇希元,赵瑾,王静,张雨山. 化工新型材料. 2013(07)
[8]危险化学品水上泄漏应急处理研究——以苯乙烯为例[J]. 王志霞. 环境科学与管理. 2011(09)
[9]材料表面润湿性的控制与制备技术[J]. 李小兵,刘莹. 材料工程. 2008(04)
[10]碳纤维/环氧树脂复合材料的改性及改性机理[J]. 陈立军,武凤琴,张欣宇,杨建,李荣先. 合成树脂及塑料. 2008(01)
硕士论文
[1]三聚氰胺海绵为基体的吸油材料制备与性能研究[D]. 高慧敏.武汉工程大学 2016
本文编号：3328578
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3328578.html
