活性炭/聚四氟乙烯改性三聚氰胺海绵及其在油水分离中的应用

如何治理含油废水带来的污染已成为目前困扰全球的严峻问题。传统油水分离材料在性能、成本、制备等方面的缺陷制约了其实际应用。因此,性能优异、成本低廉、制备简便的新型油水分离材料的研究引起了广泛关注。本研究首先将粉末活性炭(AC)与具有低表面能的聚四氟乙烯浓缩分散液(PTFE)混合,制备出新型涂料(AC/PTFE);然后将它浸涂包裹在三聚氰胺海绵(MS)的骨架上,再通过简单的热处理,即可制备出新型三维油水分离材料(AC/PTFE-MS)。性能测试结果表明,所制备的AC/PTFE-MS具有超疏水性(疏水角可达165°),在300次挤压后依然保持这种性能。同时,AC/PTFE-MS具有高的吸附倍率,能够选择性吸附水上浮油与水下重油,还可实现对油水混合乳液的高效分离,是一种具有较高实际应用价值的含油废水治理材料。     

超亲水/水下超疏油膜功能材料及其研究进展

含油污水,特别是油/水乳液的分离是世界性的挑战。膜分离法由于具有分离效率高、能耗低、易于操作等特点,在油水分离领域具有较大的优势。超亲水/水下超疏油材料是"除水型"特殊润湿性材料,与超疏水-超亲油网膜相比,超亲水/水下超疏油膜在对抗有机污染和生物污染方面更具优势。超亲水/水下超疏油膜在处理含油污水过程中面临的主要问题有化学稳定性及膜污染。膜污染会导致分离效率及过滤通量下降等问题,缩短膜的使用寿命。因此,解决滤膜污染问题对污水处理至关重要。目前超亲水/水下超疏油材料改性的重点主要有三方面:提高过滤通量、抗污能力及设计合适的孔径。许多研究人员通过对疏水性基材(聚合物膜、金属筛网)进行改性以增强膜的亲水性和抗污性能,并取得了丰硕的成果。目前,聚合物膜改性方法主要分为基体改性和表面改性两种。基体改性即通过接枝共聚或共混等方法对膜进行亲水改性,然后将改性后的膜材料用于膜制备。表面改性是指对商业滤膜表面接枝极性单体或亲水单体。金属筛网常用的改性方法有化学刻蚀、表面涂覆、电化学沉积等。通过改变膜表面的化学组成和粗糙度调控滤膜的超润湿性能,从而提高膜的亲水性、分离效率和抗污性能。为了响应处理工业溢油及保护环境的要求,迫切需要开发具有高分离效率、高选择性和高稳定性的新型分离材料和技术,以应对日趋复杂的油水分离环境。本文以分离油水混合物及油水乳液的滤膜材料作为研究体系,首先介绍了超亲水/水下超疏油表面的理论基础及其构筑机理,然后从不同基材的角度介绍了油水分离功能材料的制备工艺及改性方法。本文全面综述了超亲水/水下超疏油金属网膜、聚合物膜材料和基于纳米材料的新型功能分离膜的研究进展,从润湿性、过滤通量、分离效率、抗污性能等方面综合评估了油水分离功能膜的性能,最后总结和展望了油水功能分离膜未来的发展趋势。     

聚苯乙烯/α-磷酸锆多孔材料制备及油水乳液分离研究

疏水亲油性多孔材料具有处理和净化含油废水的能力。本工作通过高内相乳液模板法制备得到聚苯乙烯基多孔三维材料(P(St-E)/α-ZrP)。通过扫描电子显微镜(SEM)、全自动压汞仪等对材料的微观结构进行表征，并对其油水分离性能进行测试分析。结果表明，层状纳米粒子α-ZrP能够稳定存在于油包水乳液的分散相中，单体聚合完成后α-ZrP均匀镶嵌在多孔材料骨架上构成粗糙界面。α-ZrP用量为单体质量的5%时，制得的多孔材料具有最佳力学性能和疏水性能，该材料对三氯甲烷的吸附倍率高达54.2。P(St-E)/α-ZrP多孔材料在尺寸筛分效应和α-ZrP电负性协同作用下能够高效分离非离子型和阳离子型油水乳液。实验制备的多孔材料有望用于含乳化油污水的净化处理，在含油废水处理中有潜在的发展前景。     

超疏水海绵和氧化硅的制备及复合油水分离性能研究

以正硅酸乙酯和十六烷三甲氧基硅烷的水解和缩聚反应为基础,通过一步法可制备两种不同形态的超疏水材料,即超疏水海绵和超疏水氧化硅粉末。分别利用扫描电镜(SEM)和傅里叶变化红外光谱(FT-IR)表征两种超疏水材料的表面形貌和表面官能团,分析了材料具有超疏水特性的原理,利用接触角(CA)表征了两种材料的特殊浸润性能,说明制备的两种形态材料均具有良好的超疏水-超亲油特性。且通过控制反应溶液中催化剂的浓度可调控超疏水氧化硅粉末的粒径从纳米级到微米级进行变化。同时采用两种不同形态超疏水材料进行油水分离应用,可满足在不同环境下的多样化需求,达到油水分离的最佳效果。     

特殊浸润性油水分离材料的研究进展

随着石油产业的快速发展,原油泄露和含油污水严重危害了生态环境和人类健康。因此,含油污水的有效处理成为目前亟待解决的关键问题之一。但传统的油水分离材料普遍存在着油水分离效率低、易造成二次污染、难以回收再利用等缺点,无法满足国家环保标准。近年来,特殊浸润性油水分离材料因具备特殊的选择渗透及吸附性得到了迅速发展。基于此,以表面特殊润湿性油水分离材料为研究基础,对固体表面浸润理论进行了分析,介绍了通过材料表面微观结构调控和化学改性的方法制备特殊浸润性油水分离材料的研究进展,并对特殊润湿性油水分离材料目前面临的挑战及未来的发展方向作了总结和展望。     

基于激光微纳制造技术在工程材料基底构筑超疏水表面的技术及应用进展

21世纪以来,随着激光技术的发展,可用激光法制备超疏水表面的材料越来越多。为满足在自清洁、抗污、油水分离等方面不同需求,用激光法制备超疏水表面时需要选择不同材料作为基底。金属材料硬度大,稳定性和耐用性好,以此为基底制造出的超疏水表面在自清洁,抗结冰,抗污等方面表现优异,此外也可用于制备其它超疏水表面的模板。无机非金属材料品种繁多,性能各异,所制备的超疏水表面应用各不相同,有些生物相容性优良,有些可用于油水分离或制造超级电容器。聚合物材料弹性好,密度小,耐摩擦,以此为基底制造出的超疏水材料可用于耐磨设备和微流体装置制造。介绍了激光制备超疏水表面的基本原理,重点论述了激光制备超疏水表面的常用基底:金属基底,无机非金属基底和聚合物基底。金属基底包括铝合金、不锈钢、铜,无机非金属基底包括石英晶体和石墨烯,聚合物基底包括聚二甲基硅氧化烷(PDMS)和聚四氟乙烯(PTFE)等。在归纳当前不同基底制造出的超疏水表面的性能及应用基础上,对未来激光制备超疏水材料的发展作了展望。     

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。     

超亲水-超疏油油水分离材料的研究进展

由于工业的快速发展及远洋石油泄漏事故的频繁发生,含油废水的处理成为当今一大热点问题。因此,迫切需要研究出一种高效、低成本、可重复使用的高性能油水分离材料。近年来,受荷叶自洁性、鱼鳞水下超抗油污、玫瑰花超疏水性等的启发,人们开发了大量的超亲油-超疏水型及超亲水-水下超疏油型油水分离材料,但这些材料还存在以下缺点:(1)由于材料的亲油性,其孔道易被油污堵塞,分离效率会大幅降低;(2)水的密度一般比油大,进行油水分离时,通常需要外加能量。随后,学者通过对材料表面化学成分及表面粗糙结构进行深入研究,开发出一种更先进的超亲水-超疏油材料,其具有隔油透水性,在处理含油废水时呈现出防油污、高通量、高效率、可重复使用的优点;此外,由于其具有亲水性,仅在重力作用下即可完成油水分离,具有重要的实际应用意义。根据表面能原理可知,超疏油表面往往也超疏水,因此要合成超亲水-超疏油材料十分困难。早期研究者认为有以下三种理论可以解释超亲水-超疏油表面形成的原因:(1)超亲水-超疏油表面是由极性液体与非极性液体在表面的润湿性差异实现;(2)水的作用力诱导表面分子重排;(3)油滴较大被表面疏油组分阻挡,水滴较小可穿透疏油层到达亲水区域。这三种理论的提出加快了超亲水-超疏油表面的研究进程,但并未形成系统的理论体系。近年来,研究者发现材料表面能由极性分量与色散分量组成,因此他们提出可以通过控制这两种因素来调控材料表面的润湿性。该系统理论的提出加速了超亲水-超疏油材料的发展,为未来该类材料的发展与设计提供了理论依据。本文首先介绍了超润湿的基础理论、油水分离机理,然后综述了超亲水-超疏油材料制备的四种理论,总结了近几年超亲水-超疏油材料的特点及在油水分离方面的应用。最后针对该领域存在的问题,提出了解决方法并展望了其未来的发展方向。     

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°,...     

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。     

等离子体预处理制备抗菌-特殊润湿性除油型棉织物

为实现特殊润湿性材料的规模化生产,构筑长效、耐久、稳定的特殊浸润性油水分离产品,以棉织物网膜为基材,对其进行了等离子体预处理与超疏水性界面构建的研究。即将聚氨酯胶黏剂(PU)与合成的Ag@SiO2球形颗粒分别配制成涂剂A与涂剂B,采用简单的交替高压喷涂技术与疏水改性处理,在棉织物表面构建了强健的微纳二级粗糙结构,继而获得超疏水性生物质网膜材料。系统地研究了等离子体预处理基材距离、电压、喷涂次数等对基材表面粗糙度的作用规律,并对合成产品在抗菌防护与油水分离领域进行了应用探索。结果,该产品是一种优异的特殊润湿性除油型生物质基网膜材料,能够有效地实现油水分离应用,并防止病菌附着。     

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。     

基于聚多巴胺的超疏水棉织物的一锅法制备及其油水分离性能

将棉织物浸入多巴胺、硝酸银、十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中,取出烘干制备出超疏水棉织物。用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱表征其表面形貌和元素,用接触角测量仪测量其接触角并进行摩擦或液体浸泡(如酸、碱、沸水)实验检测其耐用性。结果表明,聚多巴胺的强附着性使原位生成的银纳米粒子能经受摩擦或不同液体的浸泡,从而使超疏水织物具有良好的耐用性。超疏水棉织物还具有良好的油水分离性能,其油水分离效率高达97%,油流量最高可达15.93 m³·m^-2·h^-1。     

Surface modification of polypyrrole-coated foam for the capture of organic solvents and oils

The low stability and complicated fabrication procedures seriously hindered practical applications of superhydrophobic and superoleophilic materials. Here, we present a simple method for preparing the novelly three-dimensional material based on commercially available nickel foams functionalized with electrodepositing of sub-micrometer polypyrrole (PPy) particles, followed by modification of low-surface-energy material such as fluoroalkylsilane (FAS), which can efficiently separate oils and organic solvents from water. The formation of nanostructured surface roughness of PPy onto the nickel foam by combination with FAS modification would contribute to the excellent superhydrophobic and superoleophilic performance, as is the evidence of the water CA of 155° and oil CA of ca. 0° for FAS-treated PPy foam. As a separating membrane, organic solvents and oils could be easily removed without obvious absorption of water, which has great potential over traditional treatment techniques and is of technological significance as a promising and efficient absorbent material for separation of organic contaminates and oils from water.     

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FeNi2O4/甲基丙烯酸乙烯酯-二乙烯苯共聚物多孔材料的制备及其油水分离应用

为了应对日益频发的溢油事故,实现含油水体的净化,通过高内相Pickering乳液模板法制备了FeNi₂O₄掺杂的甲基丙烯酸乙烯酯-二乙烯苯共聚物多孔材料。采用FTIR、SEM、TGA、VSM、接触角测量仪、静态压汞仪、万能试验机等对材料结构与性能进行表征与分析。结果表明,材料具有三维分级多孔结构,孔径主要分布于3 μm及6~14 μm且大孔孔径可调节。材料热稳定性好,初始热分解温度最高达300℃。FeNi₂O₄纳米粒子的引入不仅提升了乳液稳定性,也赋予材料磁响应性。材料具有良好的疏水亲油性,水接触角达151°、滚动角为5°、油接触角为0°,吸油速率快,并具有良好的重复利用性和优异的油水吸附选择性,对多种油品及有机溶剂的饱和吸附倍率达40.80~93.08 g·g?1,且保油率均在90%以上。探究了材料的孔结构调控,发现,改变乳液的内相比可以调节材料的大孔分布、孔隙率、密度、比表面积、吸油倍率和力学性能。综上说明:超疏水FeNi₂O₄/甲基丙烯酸乙烯酯-二乙烯苯共聚物多孔材料可以高效分离水中油污,对水体环境的治理与净化具有现实意义。      

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。      

Characterization of new functionalized calcium carbonate-polycaprolactone composite material for application in geometry-constrained drug release formulation development

A new mineral–polymer composite (FCC-PCL) performance was assessed to produce complex geometries to aid in development of controlled release tablet formulations. The mechanical characteristics of a developed material such as compactibility, compressibility and elastoplastic deformation were measured. The results and comparative analysis versus other common excipients suggest efficient formation of a complex, stable and impermeable geometries for constrained drug release modifications under compression. The performance of the proposed composite material has been tested by compacting it into a geometrically altered tablet (Tablet-In-Cup, TIC) and the drug release was compared to commercially available product. The TIC device exhibited a uniform surface, showed high physical stability, and showed absence of friability. FCC-PCL composite had good binding properties and good compactibility. It was possible to reveal an enhanced plasticity characteristic of a new material which was not present in the individual components. The presented FCC-PCL composite mixture has the potential to become a successful tool to formulate controlled-release dosage solid forms.     

普鲁士蓝/氟化超支化聚氨酯复合涂层材料及其光热转换超疏水性能

首先制备氟化超支化聚氨酯(FHPU),然后与具有光热转化功能的普鲁士蓝(PB)纳米粒子复合,得到光热转换功能的PB/FHPU超疏水防结冰复合涂层材料。利用FTIR、TGA和DSC等测试分析了FHPU和PB/FHPU超疏水防结冰复合涂层材料的结构及性能,通过光热转换实验证明了复合涂层材料出色的光热性能;深入探究了PB纳米粒子的添加量对复合涂层材料表面性质和光热转化性能的影响。结果表明,当PB质量占FHPU的13%时,复合涂层材料可形成具有微纳结构的复合涂层,涂层表面最大接触角达157°,滚动角为1.8°。同时,该涂层在808 nm激光照射下10 s内温度可升高78.1℃,最高温度达到148.7℃。因而,光热转换功能性超疏水防结冰复合涂层材料具有良好的疏水、防结冰性能。