超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展

仿生界面油水分离材料的研究主要集中在超疏水超亲油材料,其具有高吸油能力和油品回收方便快捷等特性。本文评述了近几年超疏水材料制备及其在油水分离中应用的研究进展。     

超疏水超亲油三聚氰胺海绵的制备及其油水分离性能

利用正十二硫醇和氯化铜反应制备十二烷基硫铜,然后将其配制成乙醇悬浮液;将表面涂覆有聚多巴胺的三聚氰胺海绵浸入上述悬浮液中成功制备出超疏水三聚氰胺海绵,并用它来分离油水混合物.采用扫描电镜观察海绵表面形貌,利用接触角测量仪表征其润湿性能,借助红外分光测油仪测定水中含油量.研究结果表明,三聚氰胺海绵表面形成了凹凸不平的微纳米结构,呈超疏水超亲油状态;测得它对水的静态接触角为152°,而油滴能在1 s内被完全吸收.该样品对油水混合物具有良好的分离能力,分离后水中菜籽油含量从约25 g/L降到15.20 mg/L;对同一大豆油水混合物连续分离五次后其含油量可从36.45 mg/L降低至5.12 mg/L.该超疏水海绵具有良好的吸附油的能力,可吸收约自身质量54～77倍的有机溶剂或油品;在重复使用100次后仍能保持145°的接触角和达自身质量68.6倍的吸油能力;在海水中浸泡36 h后仍保持约147°的接触角和73.4倍的吸油能力.     

超疏水超亲油304不锈钢网的制备及其油水分离性能

目前,用于油水分离的材料成本高,制备工艺复杂且效果较差,针对这一现象,选用304不锈钢网作为基体材料,通过氯化铁溶液刻蚀法获得粗糙表面,随后用十七氟癸基三甲氧基硅烷对该表面进行改性,成功制备出具有优异油水分离特性的超疏水超亲油不锈钢滤网,并对其结构及性能进行了测试表征.结果表明:超疏水不锈钢网与水的接触角达到151°,...     

低成本超疏水棉布的制备及其应用于油水混合物分离的研究

近年来因仿生界面材料特殊的表面效应,将其应用于油/水混合物高效分离领域引起了国内外研究者的极大关注。采用TiO_2和月桂酸对棉布进行表面改性,制备出超疏水/超亲油棉布,其表面水接触角高达156°,通过搭建连续分离装置,可实现油/水混合物的快速、高效、连续分离,且经过20次循环分离,分离效率仍高达94%。超疏水棉布制备工艺简单、成本低廉、环境友好,无需特殊的设备,在海上石油及有机化学品泄漏导致的水污染处理领域具有良好的应用前景。     

层层自组装法制备超疏水/超亲油棉织物及其油水分离性能

被油污染的水资源严重影响人类健康和生态系统.为得到具有优异油水分离性能的材料,利用层层自组装法,在棉织物表面组装纳米银薄层,随后用十二烷基硫醇修饰,制备了具有超疏水/超亲油性能的棉织物.通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、接触角测试仪、分离效率表征超疏水/超亲油棉织物的微观形貌、表面化学组成、润湿性及油水分离性能.改性后的棉织物表面负载致密的纳米银薄层,水在该表面的接触角高达160°,而油的接触角为0°,显示出其良好的超疏水/超亲油性能;纳米银牢固地附着在棉织物的表面,使其表现出良好的抗磨损性、耐腐蚀性.油水分离测试显示,该棉织物对不同类型油品和水混合物的分离效率达88％以上,且具有较好的循环利用性.此外,该棉织物不仅能分离水上轻油、水下沉油,还能分离轻油-水-沉油三相所形成的混合物.     

超疏水吸油性聚二乙烯基苯的制备及其油水分离性能

在我国,水污染已经严重破坏了自然生态环境并危害人体健康,液态油类物质是其中重要的水体污染源。为解决含油污水处理过程中最重要的油水分离问题,本文采用简单易行的溶剂热法低成本合成了具有微米和纳米级粗糙结构的超疏水吸油性多孔性聚二乙烯基苯有机固体材料并对其油水分离性能进行了研究。由于其内部的亲油基链段与油分子可发生溶剂化作用,多孔性聚二乙烯基苯具有吸油速率快、容量大、再生性好,只吸油不吸水等特点,可很好地吸附脱除水中油类有机物,在油水分离方面具有很好的应用前景。     

超疏水铜网的制备及其在油水分离中的应用

将铜网浸渍于一定浓度的氯化铜和硫代硫酸钠的混合液中反应一定时间,从而在铜网表面构筑了微米级颗粒粗糙表面,并用一定浓度的正十二硫醇对其进行疏水修饰,制备出了具有超疏水特性的铜网。并探讨了浸渍温度、浸渍时间、浸渍液配比、修饰浓度、修饰时间对铜网疏水性的影响。在浸渍温度50℃,浸渍时间4h,浸渍液配比1∶1,修饰浓度10mmol/L,修饰时间10min的条件下得到了疏水性最好的铜网。用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、接触角测量仪对所制备的铜网表面形貌、化学组成、疏水性能进行了表征,并用4种油水混合物探究了所制备铜网的分离效果。结果表明,所制备的铜网具有超疏水性,接触角可达154°,并且成功应用于不同油水混合物的分离,分离效率均在96%以上。     

超疏水石墨烯/甲醛-三聚氰胺-亚硫酸氢钠共聚物海绵的制备及其在油水分离中的应用

采用两步法合成了石墨烯（GE）改性的超疏水超亲油甲醛-三聚氰胺-亚硫酸氢钠（FMS）共聚物海绵,首先在FMS海绵基质上进行GE原位聚合,然后通过聚甲基苯基硅氧烷构筑超疏水结构。采用FTIR、SEM、TGA、光学接触角测量仪对海绵结构进行表征分析。结果表明,GE成功地修饰了FMS海绵,制备出的GE/FMS共聚物海绵的接触角达158.9°。将GE/FMS共聚物海绵用于油水分离,经20次对机油吸附-解吸附测定后仍能保持稳定的超疏水性质。改性后的GE/FMS海绵具有良好的可重复利用性且对油和有机溶剂具有高度选择吸收性,对氯仿和机油的吸收量分别达到自身质量的约125倍和90倍,对油或有机溶剂的回收率达到87%以上。进一步对油或有机溶剂与水的分离进行了应用模拟,结果表明:改性后的GE/FMS海绵可以高效快速地将油或有机溶剂从水中分离出来,对于投入生产及吸附应用具有实际意义。      

电火花线切割制备超疏水多孔钛及其油水分离的应用

利用电火花线切割的方法制备具有双尺度结构的超疏水多孔钛表面,用于实现油水混合物的分离.以多孔钛为基材,通过电火花线切割的方法在表面加工出阵列微沟槽结构,该表面经过全氟癸基三乙氧基硅烷的低表面能修饰后,制得超疏水多孔钛表面.利用接触角测试仪和电子显微镜等手段对超疏水多孔钛表面进行润湿性测量和形貌特征的分析,利用油水分离器...     

超疏水复合海绵材料的制备及在油水分离的应用

含油污水的治理已经成为世界性的难题,如何有效分离油水混合物成为亟待解决的问题。本研究通过绿色环保、简单浸蘸的表面修饰法,以三聚氰胺海绵(MS)作为基底材料,选择氧化石墨烯溶液(GO)与聚四氟乙烯浓缩分散液(PTFE)的混合液对MS改性,成功制备出性能优异的超疏水材料(GPMS)。采用X射线衍射仪(XRD),热重分析仪(TG)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的GPMS进行结构、形貌和组分分析,并对其表面浸润性、压缩循环性、选择吸附性能以及连续油水乳浊液分离性能进行了系统研究。结果表明,制备的GPMS具有超疏水性(疏水角可达168°);机械性能优越,可以完成50次压缩循环实验;能够选择性地吸附水上浮油与水下重油,还可对油水乳浊液实现高效分离,是一种具有实际应用价值的含油污水治理材料。     

石蜡断面超疏水机理的探究及其在油水分离方面的应用

实验发现石蜡断面具有良好的超疏水性能,石蜡断面的水滴接触角达到152.4±3°,石蜡外表面水滴接触角为108±3°.利用铜网在石蜡表面复制其断面形貌,可快速制备大面积超疏水石蜡表面,接触角高达162.4±3°,滚动角小于3°.利用此超疏水石蜡表面设计出一种自动油水分离装置,可实现油水连续分离,收集正己烷速率可达0.67mL/s.扫描电子显微镜(SEM)观察发现石蜡断面粗糙度很高且存在较多连续和非连续的晶区,而石蜡外表面较光滑.扫描差示量热仪(DSC)和X射线衍射(XRD)证明石蜡具有一定的熔限和较高的结晶度.偏光显微镜(POM)观察石蜡熔体的冷却过程,发现冷却过程中有大量不同尺寸的结晶产生.实验结果表明:石蜡断面和石蜡外表面的超疏水性差别较大的原因在于断面具有较高的粗糙度,而外表面粗糙度较低,断面的高粗糙度来自于石蜡内部存在大量的连续晶相和非晶相.当石蜡断裂时,晶相一方面充当了应力集中点,导致断面出现不规则的裂纹;另一方面,晶相充当了微纳尺度的“填料”;晶相和非晶相在断裂面的凸起也会导致断面粗糙度高.     

碳纳米管改性海泡石多孔陶瓷及其高效油水分离性能研究

为了有效地从油/水混合液体中回收油,本工作以纤维状海泡石为原料,硝酸镍为催化剂前驱体,聚乙烯粉体为造孔剂和碳源,采用冷冻干燥结合催化裂解法制备了超疏水/超亲油碳纳米管(CNTs)改性海泡石多孔陶瓷,研究了固含量和催化热解温度对改性多孔陶瓷形貌的影响,并表征了其在pH=1的强酸、pH=14的强碱、373 K高温和77 K低温等极端环境中的表面润湿性能及水油分离性能。结果表明:催化剂前驱体溶液浓度为0.5 mol/L、海泡石的固含量为15wt%、催化热解温度为973 K且保温时间为2 h时所制备的CNTs改性多孔陶瓷具有最好的超疏水/超亲油性能,其对柴油、白油、植物油和真空泵油的最高吸附量分别是其自身质量的15.7、20.8、23和25倍;其连续油水分离时油通量高达250 kg·s^–1·m^–2,且在5 h内分离效率及选择性不发生明显降低。     

用于油水分离的静电纺纳米纤维膜研究进展

近年来,石油泄漏以及工业含油废水的排放对生态环境造成了严重的损害,高效节能的新型油水分离材料已成为研究热点。具有特殊亲液性的静电纺纳米纤维膜是一种可用于油水分离的新型膜材料,它具有较高的比表面积和孔隙率,既可以自发实现油水分离,又能减少能源消耗。主要介绍了超亲水疏油、超疏水亲油、智能切换亲水/亲油以及单向导油纳米纤维膜,及纤维膜的制备方法、亲液性以及油水分离过程和分离效率;并对静电纺油水分离纳米纤维膜所面临的挑战和应用前景进行了展望。     

特异润湿型油水分离材料的研究进展

近年来,海上石油泄漏事故和各种含油有害污水排放日益频繁,不仅造成了严重的环境污染,同时也危及到人类健康。因此,如何高效分离油水混合物成为当前材料学领域一个亟待解决的问题和研究热点。目前,具有被油或水所选择性润湿的特异浸润性材料已被广泛应用于油水分离,它们具有高效的油水分离效果,应用前景相当广阔。综述了近年来各类新型、高效的特异润湿型油水分离材料的制备方法及其吸油能力、分离效率以及重复使用性能,总结了油水分离材料领域的研究现状及尚待解决的难点,同时也展望了该领域未来研究的热点及发展方向。     

二氧化钛/ZIF-8复合超疏水海绵的制备及其油水分离性能

含油废水的处理海上溢油问题及含油废水的排放对经济与环境带来了巨大的破坏。利用聚多巴胺将自制的双尺度ZIF-8/TiO₂纳米粒子黏附到聚氨酯海绵,通过十八胺改性制备出超疏水油水分离海绵,通过FTIR、XRD等对其结构进行了表征分析;利用ZIF-8和TiO₂两种纳米粒子构建双尺度粗糙结构,并深入探究了两种粒子的用量对复合涂层表面性能的影响。结果表明当纳米粒子ZIF-8和TiO₂添加摩尔比为2∶1时,接触角达到最大值153°;复合海绵有良好的油水分离性能,吸收能力是其自重的40至118倍,分离效率平均在96%以上;在808 nm激光照射下10 s内温度可升高55.9℃,有良好的光热转换性能。     

耐腐蚀超疏水铜网的制备及其在油水分离中的应用

针对目前超疏水材料耐腐蚀差的问题,制备一种耐腐蚀的超疏水铜网,并应用于油水混合物的分离。将十八胺修饰的多壁碳纳米管与有机硅改性的水性聚氨酯相结合,喷涂到铜网制备了具有鸟巢状结构的铜基超疏水表面。结果表明,该表面呈现对水高的接触角162°和对油极低接触角0°。另外,可对石油醚/水、四氯化碳/水、甲苯/水、己烷/水、煤油/水等油水混合物高效分离,分离效率均大于93.79%,且具有良好的可循环使用性。耐腐蚀性测试结果表明,该超疏水表面分别在1mol/L的NaOH,HCl,NaCl溶液中浸泡24h后,仍可保持超疏水特性,具有优异的耐腐蚀性能。     

吸水性材料在油水分离中的应用

超吸水性纤维在普通自来水条件下能吸附本身重量10～50倍的水分,利用该纤维的亲水疏油特性制成环状滤芯,能有效地阻止较小直径(d≈10 μm左右)油粒的通过,从而达到油水分离的目的.