超疏水/超亲油铜网表面的一步法制备及其油水分离应用

以紫铜网为基体材料,通过阳极氧化一步法,制备了超疏水/超亲油铜网表面,利用热场发射电子显微镜、X射线光电子能谱分析仪、接触角测量仪和万能力学测试机对表面的微观结构,化学成分,润湿性和剥离强度进行表征。结果表明：当阳极氧化电压为10 V时,表面具有明显的微/纳二元粗糙结构,化学成分为豆蔻酸铜;表面上水滴接触角为153°±2.3°,且水滴在表面上的受到的粘附力极低,滚动角为7.5°,油滴接触角为0°;豆蔻酸铜牢固地附着在铜网上,表面具有良好的机械稳定性。油水分离试验表明,制备的超疏水/超亲油铜网对不同种类的油水混合液具有很好的分离效果,分离效率均达到96%以上;经过10次循环试验后,对煤油/水混合液的分离效率仍可达到90%以上,具有良好的可循环使用性。     

电沉积法制备Co–LDHM超疏水膜及性能研究

目的 采用电沉积法在不锈钢网上构筑稳定的钴层状双氢氧化物微球(Co–LDHM)超疏水薄膜。方法 首先,通过第1次电沉积在不锈钢网上制备出ZIFs纳米片阵列结构(ZIF–NFA),并以此为牺牲模板,然后在第2次电沉积作用下制备出微纳米尺寸的Co–LDHM,最后通过浸泡硅烷降低其表面能。通过溅射试验、耐磨性实验、油水分离实验及电化学试验,分别评价经超疏水改性后不锈钢网的抗污、耐摩擦、油水分离及耐蚀性能,并通过接触角,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对不锈钢网表面的疏水程度及膜表面的形貌与结构进行分析。结果 经两步电沉积处理后的不锈钢网表面类似浴球状,具有微米/纳米多级表面形貌结构;接触角测试表明,所制备的薄膜呈现出良好的超疏水性能,静态接触角达到159.4°±2°;经过30个耐摩擦实验周期,其表面接触角为141.3°±2°,仍具有较高的疏水性;油水分离效率均大于97%,重复20次以上分离效率仍保持在96%,且具有一定耐蚀性能和良好的抗污性。结论 通过两步电沉积法构筑的Co-LDHM超疏水不锈钢网具有优异的超疏水性能,为MOFs在制备超疏水材料方面的应用提供了一个新的思路。     

镍基分支化ZnOHF表面的制备及油水分离性能

目的 解决目前油水分离材料大多存在的制备工艺复杂、设备昂贵、分离效率低、重复使用性差等问题。方法 采用水热法在镍网表面生长分支化羟基氟化锌(ZnOHF)粗糙结构,随后在表面沉积十八烷基三甲氧基硅烷(ODS)分子,得到超疏水/超亲油镍网。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FT–IR)对其表面的微观形貌、组织和表面成分进行表征,利用接触角测量仪表征其静态和动态润湿性能。结果 镍网表面生长的分支化ZnOHF粗糙结构,与低表面能的ODS单分子层协同作用,使该表面对水的接触角高达158°,对油的接触角则为0°,且连续滴加油品时,油会在表面迅速铺展、渗透,并向下滴落。将不同品类的油与水混合,模拟不同情况下的油水分离效果,其分离效率均在95%以上;经过50次重复的油水分离测试后,其油水分离效率仍能保持91%,表现出良好的重复使用性能。结论 实验制备的超疏水/超亲油镍网具有制备方法简单、成本低廉、高效耐用等优点,为含油废水的处理提供了新方法。     

超疏水超亲油Cu-Ni复合镀层的制备及油水分离应用

针对目前超疏水超亲油表面制备工艺复杂、成本高等问题,采用工艺简单、可控性强的电化学沉积法制备出不锈钢网基底超疏水超亲油表面。通过在不锈钢网表面进行铜镍共沉积,得到一种叶片状的微纳米级粗糙结构,再利用正十二硫醇乙醇溶液对镀层进行表面修饰,最终获得超疏水超亲油Cu-Ni复合镀层。利用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测试仪、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对镀层表面微观形貌、浸润性以及化学元素组成进行表征分析。结果显示,制备的Cu-Ni复合镀层水接触角为155°±2°,油接触角为0°。对润滑油油水分离效率高达98%,且连续分离2 h后,分离效率仍高于95%,表现出稳定高效的油水分离性能。该制备方法耗时短、成本低,有潜力应用于规模化工业生产。     

基于静电喷雾法制备油水分离的超疏水表面研究

目的 提出一种静电喷雾法制备超疏水表面而实现油水分离的方法。方法 利用静电喷雾法将二氧化硅微粒喷涂到不锈钢网表面以构建微粗糙结构，利用氟硅烷降低二氧化硅微结构涂层的表面能。探讨静电喷雾的电压、喷涂时间、二氧化硅粒径、溶液pH、浸泡时间等参数，对表面微结构和疏水性能的影响。通过扫描电镜表征样件表面形貌，通过接触角测量仪测量超疏水不锈钢网表面的疏水性能。利用超疏水不锈钢网实现油水分离以检验装置的浮油收集能力。结果 二氧化硅微粒能够在不锈钢网表面喷涂形成均匀粗糙的微结构。在6 kV静电压下，雾化喷涂粒径为25 nm的二氧化硅所获得的超疏水不锈钢网的接触角达161°，在不同pH溶液中浸泡15 d后，接触角仍大于150°，浸泡35 d后，接触角仍大于未处理的不锈钢网。该网可以收集97%以上的柴油和煤油及90%以上的汽油和茶油，且重复使用20次后，仍保持粗糙的表面微结构和高油水分离率。结论 采用静电喷雾法能简单高效地获得超疏水表面，且具有较好的化学稳定性和有效的油水分离能力，具有很广的应用前景。     

用于油水分离的超疏水氧化锌海绵的制备及其性能

针对目前油水分离材料制备工艺复杂、成本较高或性能较差的问题,利用简单的溶剂热法将纳米氧化锌涂覆在商用聚氨酯海绵的表面,随后用十六烷基三甲氧基硅烷进行改性,成功制备了具有优异的油水分离特性的超疏水超亲油聚氨酯海绵。结果表明,该油水分离材料与水的接触角可高达160°,而油滴可在2 s内被完全吸收,且对各类油品都具有较高的吸油能力,均可达自身重量25倍左右。通过对油水分离后收集的油分进行FTIR检测分析发现所制备的油水分离材料具有优异的油水分离性能。制备的油水分离材料的涂层与海绵之间具有较强的粘附力,在丙酮溶液中超声振荡9 h之后仍保持良好的超疏水特性。另外,制备的超疏水超亲油聚氨酯海绵具备较好的耐酸碱腐蚀性能和重复利用性能,在重复吸油-脱油过程200次以后仍能保持超疏水超亲油特性。     

用于油水分离的超疏水-超亲油沙子的制备及其性能

目的 对沙漠中的沙子进行表面改性并将其应用于油水混合物的分离.方法 以沙子为基底,利用层层自组装法构筑纳米银粗糙结构表面,再经十二烷基硫醇修饰后,显示出超疏水-超亲油特性.采用低真空扫描电子显微镜、接触角测定仪,分别表征超疏水-超亲油沙子的表面形貌、润湿性能.结果 改性后的沙子表面负载"乳突"状纳米银薄层,水在该表面的接触角高达156°±1°,而油的接触角为0°,表现出良好的超疏水-超亲油特性.利用沙子表面对水和油显示出的相反润湿性,不但可以选择性分离水上轻油与水下重油,还可以高效分离油和水形成的乳液,且对不同类型油品和水混合物分离效率均在95.6％以上,经过20次连续分离,分离效率无明显变化,表现出良好的循环利用性.经强酸、强碱、NaCl溶液浸泡24 h及60～300℃不同温度加热30 min后,均表现出良好的超疏水特性.结论 通过自组装法在沙子表面负载纳米银晶体,随后用十二烷基硫醇进行表面接枝,所得到超疏水沙子不但能够分离具有明显界面油水混合物,还可以分离油和水形成的乳液,经连续分离,分离效率无明显降低.相关研究有望为沙子广泛利用及污水治理材料的制备提供一种新的思路.     

超疏水泡沫镍材料的制备及其油水分离性能∗

针对目前油水分离方法分离效率低、重复利用率低、二次污染环境等问题,开展了疏水三维多孔油水分离材料的研究。 以泡沫镍为基底材料,通过水热法构造多级微纳复合结构表面和氟硅烷疏水化处理得到超疏水泡沫镍。 利用扫描电子显微镜、能谱仪、X-射线衍射仪和全反射傅里叶变换红外光谱仪、接触角测量仪表征其表面形貌、成分和疏水性能,测试改性泡沫镍的油水分离性能和重复利用率。 结果表明:在泡沫镍表面成功制备出“鸟巢状”垂直排列的 Ni(OH)₂纳米片阵列,并形成局部“团簇状”凸起,协同泡沫镍本身微米级孔骨架构成多级微纳米粗糙结构,具有低表面能的氟硅烷成功组装在多级微纳结构表面,实现了优异的超疏水性能。 改性泡沫镍可实现对甲苯、氯仿、正己烷与水的混合物吸附分离,且具有良好的循环使用性。 制备的超疏水泡沫镍可在磁场控制下实现对油水混合物的分离,是一种高效、智能的油水分离三维多孔材料。     

超浸润不锈钢纤维毡制备及其乳化油/水分离性能

目的在不锈钢纤维毡表面进行超浸润性微纳结构的构建,减小纤维毡孔径并提升其耐污染性,实现乳化油的高效分离。方法先采用双阳极电化学沉积法,在不锈钢纤维丝表面沉积微米级铜颗粒,再采用双阴极电化学氧化法,将铜颗粒氧化为具有微纳结构的Cu(OH)_2纳米针。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、接触角测量仪、油水分离测试、紫外可见分光光度计等手段,对样品的微观形貌、组成成分、润湿性和油水分离性能等进行了表征。结果经微纳米结构构建后,不锈钢纤维毡表面的浸润性由疏水(135°)变为超亲水(≈0°)/水下超疏油(161°),水包油乳液的分离效率可达99%,循环分离8次后,分离效率依然在99%以上,分离后滤液的透光率在98%以上,水包油中的油滴被有效去除。结论通过电沉积-电化学氧化法可在不锈钢毡纤维表面构建多孔微纳复合结构,该表面具有优异的超亲水/水下超疏油性能,可对水包油乳化油进行高效分离,且循环分离多次后未见明显衰减,显示出良好的耐污染性。     

超疏水泡沫铜的制备及油水分离应用研究

目的对泡沫铜进行超疏水改性,用于油水混合物的分离。方法以泡沫铜为基底,通过沉积法构筑花簇状Zn O晶体微纳米尺度的粗糙结构表面,并用十八烷基三乙氧基硅烷进行修饰,制备具有超疏水性能的泡沫铜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、接触角测定仪表征超疏水泡沫铜的表面形貌、化学组成以及浸润性能,同时研究了其在油水分离中的应用效果。结果所制备的泡沫铜具有超疏水表面,接触角为150?,对不同油水混合物的分离效率达到95%以上,且具有良好的耐机械摩擦性。通过调节油水混合物酸碱性,超疏水泡沫铜对酸性和碱性油水混合物分离效率略有降低,经过30次连续分离,分离效率无明显降低,接触角仍保持在130?以上,具有良好的耐久性。结论通过原位沉积法在泡沫铜表面制备出Zn O晶体,并利用低表面能硅烷进行修饰,所得超疏水泡沫铜能够有效地分离不同种类的油水混合物,经历循环分离,效率无明显降低,对于油水混合物的大规模分离具有潜在的应用价值。     

浸润性可转变的超疏水织物用于油水分离研究

目的制备超亲疏可逆转换实现油水分离的纺织品。方法首先利用化学镀铜的方法在涤棉织物表面构筑微米-亚微米粗糙结构,然后浸入十二酸乙醇溶液中通过低表面能物质的修饰得到超疏水织物。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDXS)和接触角测试仪对其表面形貌、表面元素和浸润性能进行测试。结果十二酸修饰镀铜涤棉织物具有超疏水性能,与水的接触角达到151.9°;此外,改变超疏水织物所处环境的p H可实现浸润性的可逆转变,从而达到不同密度的油与水的分离,且分离效率高达98%,分离循环次数在80次以上。结论通过化学镀铜构造粗糙表面,再用低表面能物质十二酸修饰,可成功制备超疏水织物。增大织物所处环境的p H值,可得到超亲水织物。超疏水织物和超亲水织物都可用于油水分离。     

超亲水及水下超疏油铜网的制备及其油水分离性能的研究

目的通过简单的溶液浸泡法制备油水分离铜网。方法经氢氧化钠和过硫酸钾混合溶液浸泡,制备超亲水及水下超疏油表面。利用扫描电镜、X射线衍射仪分析基底表面形貌及成分,利用接触角测量仪测量其润湿性能。结果铜网表面生成了微米结构的氢氧化铜,空气中水滴在其表面的接触角为0°,水中油滴的接触角高达159°,使铜网具备了在空气中超亲水、在水下超疏油的特性。通过油水分离实验发现,铜网在常温常压下对汽油、正己烷等几种不同种类油与水的混合液进行高效分离,分离效率达90%以上。经海水浸泡若干天后,铜网仍保持很高的油水分离效率,表现出较好的耐海水腐蚀性。结论实验制备的超亲水及水下超疏油铜网能够有效地分离油水混合液,且能应用到腐蚀性较强的场合中。     

低粘附超疏水金属网的制备及在溢油清理中的应用

目的寻找一种高效、便捷的海上清理油污的方法。方法通过水热法在光滑的不锈钢金属网基底上生长出具有纳米柱状结构的氧化锌晶体,然后用低表面能的长链硅烷对氧化锌金属网进行表面改性,制备出具有超疏水-超亲油性能的金属网材料。通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外光谱、接触角测试、粘附力测试等手段对材料表面的微观形貌、化学成分和润湿性能进行分析。结果改性后的金属网材料表面覆盖了均匀的氧化锌微纳米结构,氧化锌晶体柱的长度约为3~5μm,截面呈现出很规则的六边形形貌。低表面能处理后的氧化锌表面变得模糊,但结构并未发生变化。与空白金属网相比,改性后的金属网对水的接触角达到154°,对油滴接触角为0°。该金属网材料可以自动收集并回收水面上的溢油,对多种油类和有机溶剂的回收效率均高于95%,循环吸油10次后依然具有90%的回收效率。同时该金属网材料还具有良好的耐磨性能,经过胶带剥离50次或800#砂纸打磨后涂层仍保持着良好的超疏水性。结论在氧化锌微纳米结构与低表面能物质的共同作用下,金属网表面具有了优异的超疏水-超亲油性能,可以自动收集水上的油污,具有较高的油水分离效率和较好的涂层稳定性,适用于海上溢油的清理。     

纤维素/陶瓷复合膜的制备及油水分离性能研究

目的提高陶瓷膜对水包油乳化液的分离能力。方法将纤维素粉末充分溶解在氢氧化钠、尿素、水配制的溶解液中,低温真空下在多孔陶瓷分离膜表面构筑亲水性纤维素涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪、紫外-可见分光光度计表征纤维素/陶瓷复合膜的组成、结构、表面润湿性及水包油(甲苯)乳液分离效率。结果纤维素成功复合到多孔陶瓷膜孔隙表面,空气中水滴在膜表面的接触角为0°,水中油滴的接触角高达155°左右,使多孔陶瓷膜具备了在空气中超亲水-水下超疏油的特性。通过油水分离实验发现,在常温常压下,多孔陶瓷膜对水包甲苯乳液高效分离,其油水分离能力(99.26%)、抗污染性(经20次循环分离后,三种复合的平板陶瓷膜的水通量变化不大)得到显著提高,表现出较好的油水分离性能。结论陶瓷分离膜经纤维素修饰后,表面亲水性和水下超疏油性都得到了提高,油水分离能力可达99.26%,重复使用20次的纯水通量无明显衰减。     

楔形亲油轨道-超疏水复合图案化表面液滴引导及润滑增效研究

目的 实现液滴及润滑油在超疏水表面定向引导,并将其运用于机械摩擦副,改善摩擦润滑性能。方法 提出一种简单的超疏水高疏油涂层制备方法,即在硅烷耦合剂作用下利用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（FAS-17）改性气相纳米二氧化硅,经交联固化处理后制得具有超疏水高疏油特性的涂层。通过FT-IR分析涂层成分、SEM观测涂层形貌,验证了涂层制备方案的有效性。通过纳秒激光在疏油涂层上加工亲油楔形图案化表面,进行表面流体引导实验。通过开展球-盘标准摩擦实验和滚动轴承温升实验来验证楔形亲油图案化表面流体引导,用于实现机械摩擦润滑增效的有效性。结果 通过对涂层表面进行成分分析,验证了C-F键长链在二氧化硅粒子表面上的成功枝接。通过对涂层表面进行形貌观测,验证了表面微纳米粗糙结构的成功构建。所制备得到涂层表面去离子水、PAO4、石蜡油、白油、PAO6、齿轮油接触角分别为157°、142°、143°、144°、136°、145°。相比之下,普通铝板表面去离子水、PAO4、石蜡油、白油、PAO6、齿轮油接触角分别为46°、16°、17°、20°、15°、24°,涂层具有优异的超疏水高疏油特性。通过...