超疏水不锈钢网双面复合电刷镀制备法及其油水分离应用

目的 采用双面复合电刷镀法制备一种超疏水不锈钢网,并实现油水分离。方法 搭建双面复合电刷镀试验装置,将不锈钢网依次进行预处理、刷镀过渡镀层、刷镀工作镀层和低表面能改性处理,得到超疏水性能良好的不锈钢网。研究刷镀电压、刷镀时间、刷镀速度和刷镀温度等参数对不锈钢网微结构和润湿性的影响。借助光学接触角测量仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪等分析测试设备,对制备的不锈钢网的表面润湿性、微观形貌、元素组成和油水分离性能等进行测试分析。结果 双面复合电刷镀工艺能够在不锈钢网表面形成均匀分布的花椰菜状微/纳米级粗糙结构,镀层的主要成分为镍,并含有微量纳米二氧化硅。在刷镀液温度为25℃、刷镀速度为8 m/min条件下,以15 V的刷镀电压刷镀3 min,超疏水不锈钢网的接触角达到159°,滚动角为7°。制备的不锈钢网具有优异的油水分离性能,对正己烷、二氯甲烷等多种油水混合物的分离效率达到95%以上,且分离纯度较高。结论 采用双面复合电刷镀工艺可简单快速地获得双面超疏水不锈钢网,制备的超疏水不锈钢网能高效地分离多种油水混合物,在海洋溢油清理等领域有良好的应用前景。     

超亲水-水下超疏油镍镀层材料制备及其油水分离性能研究

目的 为进一步解决油水分离材料目前存在的制备成本高、制备流程复杂和药品种类繁多的问题.方法 提出一种以不锈钢网为基底,运用一步电化学沉积法制备超亲水-水下超疏油材料的方法.在电沉积的过程中,阴极表面发生还原反应生成金属Ni,通过调整制备过程中的时间、电流、温度,进一步优化参数,使阴极材料表面形成一种钟乳石状的微纳米粗糙结构.利用接触角测试仪测定其接触角,同时采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对其进行表征分析.结果 制备超亲水-水下超疏油材料的最优条件为:电流0.6 A,电沉积时间23 min,温度50℃.在该条件下制备的阴极镍镀层材料,其表面在水下的油接触角(OCA)达到152°±3°,在空气中的水接触角(WCA)达到0°,表现出超亲水-水下超疏油性能.在油水分离实验中,阴极镍镀层材料对正己烷的分离效率最高,达到了99.3％,并在20次油水分离循环实验过程中保持了相对稳定的分离效率,同时表现出高效耐用的油水分离性能.结论 通过一步电化学沉积法制备出的阴极镍镀层材料具备超亲水-水下超疏油性能,且高效耐用,油水分离效率稳定,同时具备制备成本较低?制备流程简单和药品使用种类少的优点.     

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。     

激光-热处理复合工艺制备油水分离表面及性能研究

目的 研发一种高效、低成本的激光-热处理复合工艺,制备具有油水分离性能的泡沫铜表面,为石油污染的净化提供一种有效的参考方法。方法 首先利用纳秒激光在泡沫铜表面上诱导出多级微纳米结构,然后将泡沫铜放入低温烘箱中加热处理,通过调控激光参数和热处理相互作用制备出了超疏水超亲油泡沫铜表面,并使用扫描电子显微镜、光电子能谱仪和接触角测量仪,对激光加工前后泡沫铜表面的微纳结构、表面化学元素组成和油水在表面的润湿性进行了表征。结果 泡沫铜表面经纳秒激光加工后诱导生成的多级微纳结构受到包括激光扫描速率、激光加工功率和扫描间距等激光加工参数的显著影响。同时,配合低温热处理工艺,激光制备泡沫铜表面的化学成分快速转变,表面能显著降低,使得泡沫铜表面获得了超疏水超亲油的润湿特性。本工作制备的泡沫铜表面在空气中的最大水接触角为158.5°,油接触角为0°。并利用油水分离试验装置验证了激光-热处理复合工艺制备的超疏水超亲油泡沫铜表面可以使油和水选择性通过,分离效率超过90%。结论 激光-热处理复合工艺制备的具有多级微纳结构的泡沫铜表面具备优异的超疏水超亲油特性,展现出了良好的油水分离性能,有望实现海洋生态中石油污染的净化。     

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.     

水下超疏油不锈钢网的制备及其油水分离性能研究

目的 利用简便工艺,得到具有抗菌和可循环性的油水混合物高效分离用水下超疏油不锈钢网(SSM)材料。方法 将酸洗预处理后的不锈钢网依次浸入羧甲基纤维素、海泡石分散液和壳聚糖季铵盐溶液中改性处理,得到可高效分离油水混合物的水下超疏油不锈钢网。利用接触角测量仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪等设备对改性后不锈钢网的微观形貌结构、润湿性、稳定性、抑菌性以及油水分离效果进行了测试分析。结果 改性后不锈钢网表面被成功地构筑了一层具有微/纳米级结构的绿色亲水涂层,在空气中水接触角可达到0°,水下对不同油的接触角都可达到150°以上(在经酸、碱、盐溶液腐蚀浸泡8 h及物理刮擦20次后依然如此);对于不同种类的油水混合物分离效率都可达到98%以上,经过20次循环分离及酸碱盐溶液腐蚀浸泡8 h后分离效率仍大于97%,且对于金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌效果。结论 通过浸涂与液相沉积方法简便环保地在不锈钢网表面构筑了具有抗菌性的水下超疏油涂层,对于多种油水混合物都表现出优异的分离性能,本研究为超亲水-水下超疏油分离材料低成本绿色简便制备提供了新的思路。     

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。     

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。     

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。     

超疏水Co-MoS2复合镀层的制备及其性能

采用一步电沉积法制备了具有优异耐磨耐蚀的超疏水Co-MoS₂复合镀层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜、接触角测试仪及电化学工作站等系统研究了电流密度和电沉积时间对复合镀层的微观形貌结构、润湿性、自清洁效果、耐磨和耐蚀性能的影响规律及机理。结果表明,当电流密度为20 A/dm²,电沉积时间为30 min时,Co-MoS₂复合镀层实现超疏水效果,接触角达到最大值约151.4°,具有良好的自清洁防污性能。在2.5 kPa压力下与800 目砂纸摩擦1200 mm后,镀层表面仍具有高于146°接触角的良好疏水性,表现出优异的耐磨性能。该超疏水复合镀层还具有较好的耐腐蚀性能。一步电沉积法简单、经济高效且环保制备了高性能超疏水复合镀层,可望实现超疏水材料的实际应用。     

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。     

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。     

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。     

一步法制备磷铜网超疏水表面及其在油水分离中的应用

针对超疏水材料制备过程耗时、耗力或成本高昂的问题,采用一步法制备了磷铜网基超疏水表面。室温下将磷铜网浸入到十二烷基硫醇乙醇溶液(0.01 mol/L)与蒸馏水的混合溶液(体积比1∶3)中反应12 h,制备了具有规整珊瑚状Cu_2O纳米结构的磷铜网基超疏水表面。结果表明,该表面呈现对水高的前进角(161.2°±0.7°)和后退角(160.2°±0.3°),极低的接触角滞后(1.1°±0.5°)。另外,该疏水性磷铜网对汽油、柴油、正己烷、氯仿4类油和有机物质分离效率均大于98%。对比传统的两步法合成过程,该方法具有操作简单、物料损耗少、反应时间短和效率高等优点。这表明该制备方法简单、廉价、节省时间,能够在磷铜网表面制备出规整的Cu_2O纳米结构,从而为超疏水表面的大规模实际应用提供了借鉴和参考。     

碳钢表面电镀Ni-TiO2镀层硬脂酸修饰制备超疏水表面

目的 在碳钢基体上制备超疏水表面,提高碳钢的耐海水腐蚀性能。方法 采用恒电流沉积结合硬脂酸修饰的方法,在碳钢表面制备超疏水Ni-TiO2复合镀层。通过扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱分析、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）,对样品的形貌、化学组成及晶型结构进行分析。通过接触角测量仪、自清洁测试,对试样的表面润湿性及自清洁性进行分析。利用电化学工作站测量样品的电化学阻抗谱和极化曲线,从而对样品的耐蚀性进行评价。结果 制备的Ni-TiO2复合镀层呈球形微纳米粗糙结构。经硬脂酸修饰后,接触角高达160.99°,具有良好的超疏水性和自清洁性能。制备的超疏水Ni-TiO2复合镀层在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度为2.42×10-8 A/cm2,腐蚀速率为2.84×10-4 mm/a,对裸碳钢的缓蚀效率为99.41%,具有优异的腐蚀保护作用。此外,在3.5%NaCl溶液中浸泡60天后,超疏水Ni-TiO2复合镀层的电荷转移电阻Rct变化很小,镀层没有破损,具有长期防腐蚀性能。结论 在碳钢表面通过恒电流电沉积结合硬脂酸修饰制备的超疏水表面,能长期有效地提高碳钢对海水的耐腐蚀性能。     

火焰喷涂制备纳米陶瓷超润滑涂层及其防污性能

仿猪笼草结构的灌注液体型超润滑涂层(SLIPS)因具有优异的自清洁防污性能备受关注,但目前存在制备工艺复杂、成本较高、不适宜大规模制备等问题,影响了该技术的实际应用。针对这一问题,利用火焰喷涂技术制备SLIPS表面的技术工艺,成功在不锈钢表面制备了基于纳米二氧化钛的SLIPS涂层,并研究了涂层结构及性能。利用SEM分析了涂层的表面形貌和微观结构;利用接触角测量仪研究了涂层的浸润性能;通过藻类贴附试验评价了涂层的防污性能。结果表明：所制备涂层表面接触角达到118.01°,滚动角达到4.54°,呈超润滑性能,对海洋小球藻附着率降低了98.56%。文中研究为制备低成本、大规模SLIPS涂层提供了一种可行的思路。     

修饰不同微结构对疏水性表面浸润性的影响

目的研究修饰微结构对疏水性材料表面浸润性的影响并指导制备超疏水表面。方法基于有限元软件建立了水滴在修饰不同微结构的疏水性表面的润湿模型,通过水滴表观接触角衡量分析了疏水材料表面修饰单一粗糙结构和复合粗糙结构对疏水性提升的效果,利用硅树脂掺杂微粒制备了不同粗糙度的疏水性涂层,涂层固化后测试其实际接触角大小,并与仿真结果对比。结果仿真结果显示,对水滴接触角为100°的表面修饰单一粗糙结构后,由于微结构形成的凹槽滞留空气,阻碍了水滴在表面铺展,使得水滴在表面的接触角增大至133°。在原微结构基础上修饰更小一级的微结构后,水滴在表面的接触角达168°,材料表面达到超疏水效果。实验中,随涂层表面粗糙度的提升,水滴在表面的接触角逐渐增大,掺混两种微粒的疏水涂层固化后,表面形成复合微观结构,水滴接触角达162°,与仿真结果拟合较好。结论在疏水性表面修饰微结构可显著提升其表面疏水性,修饰复合结构后可达到超疏水效果,此方法可用于实际工程制备超疏水表面。     

溶胶-凝胶法制备超疏水性纳米复合防腐涂层

通过溶胶-凝胶旋涂法在不锈钢基底上制备了具有超疏水性能的介孔碳复合SiO2涂层。通过TEM,SEM及静态接触角、电化学测试技术(Tafel和EIS)等对其结构、疏水性能和耐蚀性等进行表征。结果表明:在不锈钢基底上形成了乳突状形貌,水在涂层表面静态接触角达到163°。该超疏水性SiO2/介孔碳复合涂层具有优良的防腐性能。