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.     

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。     

P(VDF-HFP)-SiO2/SF电纺Janus纤维膜的制备及油水分离应用

以疏水纳米SiO₂改性的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P（VDF-HFP）-SiO₂)和丝素蛋白（SF）为原料,利用静电纺丝技术,构建了具有非对称润湿性的P（VDF-HFP）-SiO₂/SF复合Janus纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、傅里叶红外光谱仪及水接触角测量仪对纤维膜的微观形貌、组成、结构及润湿性进行了表征,并测试了Janus纤维膜的疏水层厚度对油水分离通量及分离效率的影响。结果表明,采用P（VDF-HFP）-SiO₂纤维膜为疏水层,SF纤维膜为亲水层构建的Janus纤维膜具有单向水渗透功能及良好的油水分离能力;当疏水层厚度为70μm,亲水层厚度为130μm时,水分离通量可达到了11 300 L/（m²·h·MPa）,油水分离效率可达99.65%,该研究为Janus油水分离膜的制备提供了新的材料选择。     

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°,油水分离测试中对黏度小、表面张力小的常见油品分离效率达90％以上,表明其具有优良的油水分离性能;另外,制备的超疏水超亲油不锈钢滤网具有较好的重复使用性,在重复油水分离过程100次后,接触角仍高达145°,并且仍能保持超疏水超亲油的特性.     

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。     

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,利用油水分离器测试超疏水多孔钛的油水分离能力。制备的超疏水多孔钛表面的接触角为162.6°,滚动角为0.5°,表现出低的粘附性。在油水分离试验中,超疏水多孔钛对于不同的油水混合物的分离率超过98%,耐压性测试发现该表面具有较好的耐压性能。化学稳定性测试和耐腐蚀性测试表明,超疏水多孔钛比基材具有更好的化学稳定性和耐腐蚀性。     

超浸润性γ-氨丙基三乙氧基硅烷-TiO2包覆织物的制备及其水净化性能

异向浸润性材料因其对油和水具有明显相反吸收特性成为油水分离研究的热点。本文通过将γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)与亲水纳米TiO₂混合并作用于织物上,经过水解、交联制备了APTES-TiO₂包覆的超亲水水下超疏油织物(APTES-TiO₂@fabric)。采用接触角测量仪、FTIR、XPS、FESEM、XRD和EDS对改性织物进行表征。结果表明,APTES-TiO₂成功包覆于织物表面,该织物在空气中具有0°的水接触角及在水中对所选用的油具有大于152°的油接触角。在油水分离测试中,对几种轻油的分离效率均在99%以上,且经过5次分离循环和酸碱盐溶液浸泡后依旧具有较好的分离效率。另外,织物还具有优异的光催化性能,在12 h的紫外照射下,能降解水中和吸附于自身的亚甲基蓝,达到净化水和自清洁的效果。结果表明,APTESTiO₂@fabric有良好的油水分离和光催化性能,对实际应用中水净化有借鉴意义。     

含氟丙烯酸酯乳液的制备及对棉织物的整理与应用EI北大核心CSCD

采用乳液聚合法合成了含氟丙烯酸酯乳液(FP),并结合溶胶凝胶法制得的SiO_2,通过浸渍-固化法涂覆到棉织物上,成功制备了具有超疏水性能的棉织物。利用红外光谱、扫描电镜、原子力显微镜、粒度分析、差示扫描量热分析、热重分析及接触角(CA)等测试手段研究了高聚物的结构形貌和热稳定性,讨论了摩擦及皂洗对织物疏水性的影响,随后考察了织物在整理前后的防紫外性能、白度、透气性、折皱回复角及断裂强力等性能的变化。结果表明,FP及SiO_2/FP整理后的棉织物均具备超疏水能力,且SiO_2/FP整理织物(CA=157°)比FP整理织物(CA=153°)的疏水性好,说明硅溶胶先对棉纤维表面进行粗糙化处理再附载FP提高了其疏水性。经多次水洗或摩擦后织物仍能保持较好的疏水效果,而且整理前后棉织物物理力学性能变化不大,不会影响棉织物的服用性能。     

基于纤维素纳米纤维的超疏水涂层制备研究

采用简单的浸涂法制备具有优异自清洁性能和良好耐久性能的超疏水涂层。基于纤维素纳米纤维(CNF)与低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS),以棉织物为基底制备了超疏水涂层,实现了棉织物表面功能化。通过单因素实验分别研究不同浓度CNF以及不同浓度PDMS对涂层疏水性的影响,并采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等对超疏水涂层进行了测试表征。CNF和PDMS在棉织物表面牢固结合,成功制备了耐久超疏水涂层。SEM结果显示,与纯PDMS涂层相比,CNF构筑了超疏水涂层所需的微观粗糙结构,为超疏水涂层的制备提供了有利条件。当PDMS浓度为4%,CNF浓度为4%时,超疏水涂层的水滴接触角(WCA)达159.2°,水滴滚动角(WSA)为4.3°。耐摩擦测试结果显示,经过40次砂纸摩擦之后涂层的水滴接触角仍达150.3°,具有超疏水性能,说明PDMS为涂层提供低表面能的同时,也具有良好的粘结性能进而提高了涂层的耐久性能。采用CNF和PDMS在棉织物表面成功制备了耐久超疏水涂层,同时实现了优异的自清洁、防水抗污性能,并且具有良好的耐久性能。     

超浸润性可逆切换的超双疏复合海绵材料的制备及油水分离应用

通过简单的溶胶-凝胶法制备了全氟癸基三甲氧基硅烷(PFDMS)-正癸酸(DA)-TiO₂溶液,经浸泡后得到PFDMS-DA-TiO₂超双疏海绵。PFDMS-DA-TiO₂超双疏海绵在质量分数为25wt%~28wt%的氨气诱导下,表面浸润性由超双疏切换为超亲水-空气中超疏油。利用FTIR和SEM对改性前后PFDMS-DA-TiO₂海绵表面进行表征,分析其化学组成和表面形貌,研究了DA的体积比对PFDMS-DA-TiO₂超双疏海绵表面浸润性可逆切换效果的影响,并对其耐盐性、耐磨性及油水分离性能进行了测试。结果表明:DA的最佳体积比为5.8%,其油水分离效率与通量分别可达99.6%、4775 L/(m2·h)。PFDMS-DA-TiO₂超双疏海绵经磨损实验及在质量分数为3.5wt%的NaCl溶液中浸泡12 h后,均保持优异的超双疏性能,表现出较高的耐磨性和耐盐性。经氨气诱导,其表面浸润性在超双疏与超亲水-空气中超疏油之间可逆切换20次后,两种润湿性能仍能各自保持稳定,可用于实际工业中高效可控地分离油水混合物。      

PVDF/SiO2/PDMS涂层超疏水纺织品性能

目的 针对普通纺织品材料防水性和防污性较差的问题,制备具有自清洁功能的超疏水涂层纺织品,并研究其性能.方法 以涤纶织物为基材,通过非溶剂诱导相分离法,使用聚偏氟乙烯和疏水纳米二氧化硅复合液在纺织品表面构筑微纳粗糙结构,采用聚二甲基硅氧烷对其进行疏水化处理,获得自清洁超疏水涂层纺织品.采用扫描电子显微镜、X射线能量散射光谱和视频光学接触角测量仪等对其结构和性能进行表征,并通过机械摩擦、洗涤、酸/碱/盐溶液浸渍和紫外光照等方法对其表面超疏水稳定性进行考察.结果 当聚偏氟乙烯质量分数为2％,疏水纳米二氧化硅质量分数为0.4％,聚二甲基硅氧烷质量分数为1％时,制备的纺织品的表面接触角可达(162.2°±0.8°),滚动角达(2.0°±0.4°),具有优异的超疏水自清洁效应;经72 h酸/碱/盐溶液浸渍、196 h紫外光照、2500次摩擦和120次家庭水洗后,其表面接触角仍大于150°,表现出优异的超疏水稳定性.结论 采用简便的非溶剂相分离法制备的涂层纺织品具有优异的自清洁性能,并且其超疏水性能具有机械耐久性和化学稳定性,有望应用于纺织材料包装领域.     

Scalable Fabrication of Superhydrophobic Coating with Rough Coral Reef-Like Structures for Efficient Self-Cleaning and Oil-Water Separation: An Experimental and Molecular Dynamics Simulation Study

Superhydrophobic coating has a great application prospect in self-cleaning and oil-water separation but remains challenging for large-scale preparation of robust and weather-resistant superhydrophobic coatings via facile approaches. Herein, this work reports a scalable fabrication of weather-resistant superhydrophobic coating with multiscale rough coral reef-like structures by spraying the suspension containing superhydrophobic silica nanoparticles and industrial coating varnish on various substrates. The coral reef-like structures effectively improves the surface roughness and abrasion resistance. Rapid aging experiments (3000 h) and the outdoor building project application (3000 m²) show that the sprayed superhydrophobic coating exhibits excellent self-cleaning properties, weather resistance, and environmental adaptability. Moreover, the combined silica-coating varnish-polyurethane (CSCP) superhydrophobic sponge exhibits exceptional oil-water separation capabilities, selectively absorbing the oils from water up to 39 times of its own weight. Furthermore, the molecular dynamics (MD) simulation reveals that the combined effect of higher surface roughness, smaller diffusion coefficient of water molecules, and weaker electrostatic interactions between water and the surface jointly determines the superhydrophobicity of the prepared coating. This work deepens the understanding of the anti-wetting mechanism of superhydrophobic surfaces from the perspective of energetic and kinetic properties, thereby paving the way for the rational design of superhydrophobic materials and their large-scale applications.     

Vi-PDMS/S-SiO2超疏水聚酯纤维织物的制备及性能研究

目的 基于普通织物材料防水性较差的问题,制备一种具有超疏水涂层的聚酯纤维织物,并对其性能进行研究。方法 以聚酯纤维织物为基材,基于紫外光固化技术通过浸涂法,使用商用气相纳米SiO₂颗粒(S-SiO₂)、端乙烯基聚二甲基硅氧烷(Vi-PDMS)在织物表面构筑微纳粗糙结构,获得超疏水的织物。采用扫描电子显微镜、水接触角测量仪对其微观结构和疏水性能进行表征,并通过机械摩擦实验对其超疏水稳定性进行考察。结果 当Vi-PDMS和S-SiO₂质量比为1∶4时,选择交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)制备的聚酯纤维织物表面的水接触角可达到151°,滚动角可达9°;且经过40次循环摩擦后,其表面水接触角仍大于140°,具有一定的耐磨性。结论 基于紫外光固化技术,采用操作简便的浸涂法制备的聚酯纤维织物具有优异的超疏水性能和一定的耐磨性,为织物超疏水性能研究提供参考,有望应用于超疏水聚酯纤维织物领域。     

Facile preparation and property analyses of L-CNC/SiO2-based composite superhydrophobic coating

In recent years, superhydrophobic coatings have received extensive attention due to their functions of waterproof, antifouling, self-cleaning, etc. However, wide applications of superhydrophobic coatings are still affected by their disadvantages of complex preparation, low mechanical properties, and poor ultraviolet (UV) resistance. In this study, cellulose nanocrystal containing a small amount of lignin (L-CNC)/SiO₂ composite particles were used as the main material, polydimethylsiloxane (PDMS) as the adhesive and perfluorooctyltrichlorosilane (FOTS) as the modifier to prepare superhydrophobic coatings by a one-step spray method. The resulted coating showed excellent superhydrophobicity (water contact angle (WCA) of 161° and slide angle (SA) of 7°) and high abrasion resistance (capable of withstanding 50 abrasion cycles under the load of 50 g). Moreover, it still maintained good superhydrophobicity after 5 h of exposure to the UV light (1000 W), displaying its good UV resistance. This study provides theoretical and technical reference for the simple preparation of organic‒inorganic composite superhydrophobic coatings with high abrasion resistance and good UV resistance, which is beneficial to improving the practicability and broadening the application scope of superhydrophobic coatings.     

基于单根TaON纳米带的光晶体管与紫外到近红外响应

用Ta₂O₅ 纳米带模板转化法控制合成TaON纳米带, 典型的纳米带长约0.5 cm, 横截面积40 nm×200 nm~ 400 nm×5600 nm。在SiO₂/Si基片上加工出TaON单根纳米带的场效应晶体管; 该晶体管的电子迁移率和开关比分别为9.53×10 ^-4cm ²/(V·s)和3.4, 在254~850 nm范围内显示良好的光响应。在405 nm (42 mW/cm ²)的光照下, 外加5.0 V的偏压时, 光响应为249 mA/W, 光开关比为11。因此, 该器件具有良好的光探测性, TaON纳米带可作为光电子器件的候选材料。另外, 实验还控制合成出Ta₂O₅@TaON纳米带, 并加工成单根纳米带的场效应晶体管, 虽然相同光照条件下的光响应弱于TaON 纳米带, 但仍算是一种好的光电材料。     

炭布/树脂复合摩擦材料的湿式摩擦学性能

基于炭布优异的摩擦磨损性能、 自润滑性能以及低密度等特点, 将其应用于湿式摩擦材料中, 以适应高转速、 大压力或润滑不充分等极端工况。分别以1 K、 3 K和6 K碳布为增强体, 制备出三种炭布/树脂复合摩擦材料, 研究了其湿式摩擦学性能。结果表明: 随着纤维束内单丝数量的增加, 摩擦材料的瞬时制动稳定性降低, 动摩擦系数减小, 但是耐磨性能提高。所有摩擦材料的磨损率小于1.10×10^-5 mm³/J, 表现出较好的耐磨性能, 并且对偶材料的磨损率很小, 仅为0.40×10^-5 mm³/J。磨损主要表现为纤维断裂、 拔出及树脂脱粘等形式, 但是在磨损表面没有形成大尺寸磨屑和明显的"第三体"磨粒, 导致摩擦材料和对偶材料的磨损率较小。     

微波原位合成2D Ni-Fe MOF/硅藻土复合材料及其改性聚乙烯醇水凝胶不锈钢筛网油水分离性能

如何高效处理含油污水的问题,是如今世界科研人员共同关注的问题。聚乙烯醇(PVA)水凝胶作为高含水量及具有三维亲水网络的软材料在油水分离领域引起了广泛的关注。但是,和大多数具有超润湿性质的水凝胶一样,PVA水凝胶类油水分离材料不仅力学性能差,同时也存在化学稳定性差的问题。基于此,通过微波法制备了2D Ni-Fe金属-有机框架材料(MOF)-硅藻土(Dia)纳米材料及其PVA复合水凝胶。同时,不锈钢网经过浸泡2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA水凝胶溶液得到2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA水凝胶不锈钢筛网,表现出超亲水-水下超疏油性质。利用SEM、XPS分析2D Ni-Fe MOF-Dia及其复合水凝胶的化学组成和表面形貌。研究了2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶的力学性能及2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶不锈钢筛网的油水分离与乳液分离的分离效率及水通量,并对其耐盐性、耐酸耐碱性油水分离性能进行了测试。结果表明:2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA复合水凝胶具有优异的力学性能,拉伸与压缩强度分别达到1.49 MPa及0.58 MPa,同时表现出超亲水-水下超疏油性质,2D Ni-Fe MOF-Dia/PVA不锈钢筛网的油水分离与乳液分离效率与通量分别可达99.2%和742.7 L·m?2·h?1。在酸性、碱性、盐性环境下均保持优异的分离效率与通量,并且在5次循环后,依旧保持稳定的分离效率与通量。      

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。