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.     

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。     

多孔SiC陶瓷表面的超疏水改性及其对油-固体系的分离性能

以二水醋酸锌和氨水为原料,采用化学浴沉积法在平均孔径为250 nm的多孔SiC陶瓷表面构造花状ZnO微纳结构,并用正辛基三乙氧基硅烷接枝改性.考察了Zn²⁺浓度、反应温度和反应时间对沉积在多孔陶瓷表面ZnO形貌的影响,进而考察其对多孔陶瓷表面超疏水性能的影响.对比了超疏水改性前后多孔陶瓷的表面性质及其油-固分离性能.结果表明,花状ZnO在多孔SiC陶瓷表面沉积的最佳条件是：Zn²⁺浓度为75 mmol/L,反应温度为96℃,反应时间为3 h.此时硅烷接枝改性后多孔陶瓷表面超疏水效果最好,其表面水接触角和滚动接触角分别为173°±2.5°和2.5°±1°.在油-固分离实验中,超疏水多孔SiC陶瓷对固体炭黑具有良好的截留性能,当跨膜压差为0.25 MPa时,其稳态通量为498.3 L/(m²·h).与空白样相比,通量提高了53.6%.     

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°,...     

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.     

基于还原氧化石墨烯的疏水亲油膜的制备及其在油水分离中的应用

通过一种简易的方法制备了基于还原氧化石墨烯的油水分离膜:首先使用简单的浸泡方法将氧化石墨烯覆盖到滤纸上,然后在180℃下加热2h,对氧化石墨烯的热处理使滤纸由亲水表面转化成疏水表面,并用X射线光电子能谱和接触角测量仪对其进行了表征。分别针对分离膜的孔径、处理温度及分离性能进行了系统研究。结果表明,制备的油水分离滤纸具有很好的稳定性和重复使用性,对不同种类的油与水的混合物的分离效率大于96%。同时,在多次重复测量及长期常温保存后仍然保持较高的通量。这种简易方法制备的油水分离材料在环境保护方面具有广阔的应用前景。     

Facile Fabrication of Eco‐Friendly Durable Superhydrophobic Material from Eggshell with Oil/Water Separation Property

Most superhydrophobic surfaces are fragile and even lose their functions under harsh conditions especially in outdoor applications. In this study, we have demonstrated a facile strategy for fabricating eco‐friendly and mechanical durable superhydrophobic material from eggshell. The as‐prepared superhydrophobic materials possess not only excellent self‐cleaning property and under oil superhydrophobicity, but also high‐efficient oil/water separation capability. More importantly, the obtained materials show outstanding and mechanical durable water repellency, which can maintain superhydrophobicity after 360 cm abrasion length of sandpaper. In addition, the materials also show durable superhydrophobic toward strong acidic/alkali solutions, UV irradiation, and water droplet impact, which demonstrates the outstanding chemical and environmental stability. This facile fabrication of the mechanical durable superhydrophobic materials and the utilization of daily garbage will provide the new ideas for engineering materials and accelerate the real application of the super‐repellent materials.

     

Robust Flower‐Like TiO2@Cotton Fabrics with Special Wettability for Effective Self‐Cleaning and Versatile Oil/Water Separation

Inspired by the hierarchical structure of the mastoid on the micrometer and nanometer scale and the waxy crystals of the mastoid on natural lotus surfaces, a facile one‐step hydrothermal strategy is developed to coat flower‐like hierarchical TiO₂ micro/nanoparticles onto cotton fabric substrates (TiO₂@Cotton). Furthermore, robust superhydrophobic TiO₂@Cotton surfaces are constructed by the combination of hierarchical structure creation and low surface energy material modification, which allows versatility for self‐cleaning, laundering durability, and oil/water separation. Compared with hydrophobic cotton fabric, the TiO₂@Cotton exhibits a superior antiwetting and self‐cleaning property with a contact angle (CA) lager than 160° and a sliding angle lower than 5°. The superhydrophobic TiO₂@Cotton shows excellent laundering durability against mechanical abrasion without an apparent reduction of the water contact angle. Moreover, the micro/nanoscale hierarchical structured cotton fabrics with special wettability are demonstrated to selectively collect oil from oil/water mixtures efficiently under various conditions (e.g., floating oil layer or underwater oil droplet or even oil/water mixtures). In addition, it is expected that this facile strategy can be widely used to construct multifunctional fabrics with excellent self‐cleaning, laundering durability, and oil/water separation. The work would also be helpful to design and develop new underwater superoleophobic/superoleophilic materials and microfluidic management devices.     

碳纳米管的选择性分离

不同种类和性能碳纳米管的分离是其得到广泛应用的必要前提,分别介绍了不同电性质、手性、直径和长度的碳纳米管的分离方法,分离方法涉及了化学、物理和生物领域.有效分离后的碳纳米管具有相似的电学、力学和光学性能,因而使碳纳米管具有更大的潜在应用价值.     

多孔陶瓷的直写成型工艺研究进展

多孔陶瓷内部含有大量三维孔隙,具有轻质、高强、高比表面积、低导热系数等特性,但是多孔陶瓷的传统制备工艺对结构和性能的可控性较低,很难满足先进能源、航空航天、电子信息等领域的发展对多功能高性能材料的需求。直写成型工艺是一种制造成本低、材料使用性广、技术可拓展性高的3D打印工艺,不仅可以直接制备具有轻量化特点的多孔陶瓷,而且结合其他工艺可以实现多孔陶瓷的层级结构和多功能化,有望实现设计与制造、材料与器件、结构与功能的一体化。介绍了直写成型法3D打印多孔陶瓷的工艺原理,综述了直写成型法直接制备多孔陶瓷、直写成型结合乳液/泡沫法和冷冻干燥法制备层级多孔陶瓷的研究进展。由于工艺柔性高,直写成型法能够与其他方法良好融合,以制备具有特殊结构和性能的多孔材料,尤其是兼顾高强度、高孔隙率和形状可控性的层级多孔陶瓷。最后,总结了目前直写成型工艺制备多孔陶瓷的优势和不足,并对打印材料性能、打印设备和主要应用领域的发展进行了展望。