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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

超疏水固体表面的制备及其量化表征

超疏水表面是指对水的接触角θ超过150°且滚落角α低于2°的固体表面,用来解释超疏水现象的两种经典理论分别是Wenzel模型和Cassie模型.在表征表面超疏水性时,除常用的θ、α外,接触角滞后△θ、斜面上液滴滞留在材料表面上的最大半径Rc、两种状态转化时的临界压力△p以及液滴落下后能反弹的临界撞击速度Vc也是非常重要的参数.依据表面微细结构和低表面自由能是构成超疏水表面的两个重要条件,阐述了通过在疏水表面构建表面微细结构和用低表面能物质修饰粗糙表面这两种方法制备超疏水表面,并提出了今后研究中应该注意的一些问题.     

粉末NBR-PVC共混型热塑性弹性体断裂面的分形维数

本文利用扫描电镜对粉末NBR-PVC共混型热塑性弹性体拉伸断面形貌进行了观察与分析;基于断面小岛周长-面积关系,测定了试样的断口分形维数,考察了NBR含量、拉伸断面分形维数、力学性能(拉伸强度、断裂伸长率、邵氏硬度)之间的关系。结果表明,NBR-PVC弹性体拉伸断面的分形维数随着NBR含量的增加而增加,当NBR含量超过29份后其分形维数呈下降趋势;分形维数与材料的拉伸强度、断裂伸长率和邵氏硬度变化关系一致。     

Nanoimprinting of Flexible Polycarbonate Sheets with a Flexible Polymer Mold and Application to Superhydrophobic Surfaces

This study demonstrates a reliable process for the direct nanoimprinting of a flexible polycarbonate (PC) sheet using a perfluoropolyether (PFPE) mold. PC is a commonly used flexible substrate with optical transparency, low thermal expansion coefficient, high mechanical strength, and excellent deformation resistivity. The imprint performances of PFPE, hard/soft‐polydimethylsiloxane, and silicon molds are compared. Given that the heating temperature is near the glass transition temperature (≈153 °C) of PC, only PFPE mold can be fully patterned into PC substrate with viable integrity. The mechanical property and gas permeability of the materials are investigated to determine the mechanism of the flexible PFPE mold, which performs better than a rigid silicon mold. Nanoimprint process using a PFPE mold is performed at 153 °C and 5 bars. The lower imprint temperature or imprint pressure of the proposed process compared with those from previous studies is favorable in nanoimprinting. Finally, nanoroughness‐on‐nanopillar hierarchical surfaces, which possess superhydrophobic slippery characteristics superior to those of nanoroughness‐only surfaces, are obtained by treating PC nanopillar arrays imprinted by PFPE mold with C₄F₈ plasma.     

固化条件对热塑增韧环氧树脂的固化动力学和相分离的影响EI

采用砂型和金属型两种不同铸造方法对铸态、固溶态和时效态ZL210A合金性能及断口形貌的影响进行研究.结果表明:对ZL210A铸造合金而言,金属型铸造方法优于砂型铸造方法,其常规力学性能σb,σ0.2和δ5均高于砂型铸造,从断口形貌上看,试样断口形貌均呈现典型的穿晶断裂,且韧窝较深.其中,金属型固溶态试样的断口韧窝最为明显,呈现出较好的韧性.     

铌钒系X70管线钢落锤撕裂试验断口分离的原因

为了分析铌钒系X70管线钢落锤撕裂试验(DWTT)断口分离的原因,通过光学显微镜观察分离裂纹尖端和断口附近未变形区组织形态,发现分离裂纹起源于带状组织薄弱界面;通过图像分析软件统计了不同断口分离严重程度试样的铁素体晶粒度和珠光体面积百分比,找出组织形态与分离严重程度的关系,认为中心偏析带状组织以及珠光体带状组织是导致断口分离的原因;通过控轧控冷(TMCP)工艺,特别是ACC水冷工艺的优化,使组织细化,带状组织消除,最终使DWTT断口的分离裂纹得以消除。