本文關(guān)鍵詞：超疏水材料的制備及應(yīng)用

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,石油及有機(jī)溶劑的泄漏事件發(fā)生的越來(lái)越頻繁。在大型石油泄漏事故中,現(xiàn)在一般的處理方法無(wú)法做到石油的完全去除,總是會(huì)剩余少量油污漂浮在水面,形成油膜阻隔水體與空氣的氣體交換,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞；在日常生活中人們也會(huì)經(jīng)常受到微量油污的困擾,比如水族箱中漂浮一層油膜,廚房中碗筷和臺(tái)面上的微量油污。這些微量油污染影響著生態(tài)環(huán)境和人們的日常生活,但去除這些微量油污又比較麻煩,目前還沒(méi)有有效的處理方法。本論文采用超疏水材料實(shí)現(xiàn)在水中去除微量油污染。超疏水現(xiàn)象是由固體表面潤(rùn)濕性決定的,而潤(rùn)濕性由固體表面的化學(xué)成分和幾何構(gòu)型以及液體的性質(zhì)決定。超疏水表面被定義為水接觸角大于150°且滯后角小于10°的固體表面,水在此種表面無(wú)法鋪展,形成類球形的水滴,很容易滾動(dòng)。超疏水材料的制備方法主要分為兩類：一是在低表面能的固體表面構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)；二是在具有粗糙結(jié)構(gòu)的固體表面修飾低表面能的物質(zhì),常用的是含氟和硅的材料。很多研究人員對(duì)超疏水現(xiàn)象進(jìn)行了研究,制備出了很多超疏水材料,但大部分制備方法復(fù)雜,工藝要求高,不適合大規(guī)模生產(chǎn)。因此探索方法簡(jiǎn)單、造價(jià)低并且具有良好超疏水性的材料具有很重要的意義。本文根據(jù)超疏水材料的原理,通過(guò)兩種方法成功制備出超疏水材料,分別是超疏水功能紙和石墨烯超疏水膜,兩種材料均表現(xiàn)出優(yōu)秀的吸附水中油及有機(jī)溶劑的性能,并且質(zhì)地柔軟,適用于多種不同的環(huán)境。本文具體的工作和結(jié)論如下：1.對(duì)自然界中的超疏水現(xiàn)象進(jìn)行了介紹,并對(duì)理論基礎(chǔ)、模型以及制備方法進(jìn)行了綜述,總結(jié)了研究人員對(duì)于超疏水材料的研究進(jìn)展,并對(duì)超疏水材料的潛在應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了分析。2.制備出一種新型的具有超疏水和超親油性質(zhì)的超疏水功能紙(SFP)。制備過(guò)程簡(jiǎn)單,將紙巾浸入含有二氧化硅納米顆粒和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的溶液,使二氧化硅納米顆粒在紙巾上團(tuán)聚,增加表面粗糙度,并固化PDMS降低表面能,由此制得超疏水功能紙SFP。SFP柔軟且毛細(xì)力強(qiáng),大小和形狀可以靈活變動(dòng)。制備的SFP樣品能快速吸附多種油類和有機(jī)溶劑,并且能以較高的分離效率從油水混合物中分離出油。由于紙巾強(qiáng)大的毛細(xì)作用力,SFP能迅速?gòu)乃婊蛩挛轿⒘康挠?而這對(duì)于很多傳統(tǒng)的吸油產(chǎn)品是很難做到的。此外,SFP的力學(xué)性能和原先的紙巾相比得到了明顯的提升,甚至在十二烷中浸泡了兩周后,仍然能夠保持良好的力學(xué)特性。另外,原料紙巾和二氧化硅價(jià)格低廉,為SFP的大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用提供強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。3.制備出一種基于石墨烯材料的超疏水膜。基本思路為用蠟燭火焰對(duì)具有疏水性的石墨烯膜進(jìn)行表面修飾,增加其表面粗糙度,得到具有超疏水性的石墨烯膜。具體方法為通過(guò)加熱噴涂的方法將氧化石墨烯溶液均勻噴涂在玻璃基底上,通過(guò)肼蒸汽還原,得到石墨烯膜,再通過(guò)蠟燭火焰修飾表面,得到具有超疏水性的石墨烯超疏水膜。通過(guò)對(duì)石墨烯膜進(jìn)行Raman光譜、紅外光譜和XRD光譜表征,證實(shí)樣品中含氧官能團(tuán)大量減少,還原度較高。未進(jìn)行表面修飾前的石墨烯膜具有很強(qiáng)的水粘附性,且潤(rùn)濕性受噴涂時(shí)基底溫度的影響,當(dāng)基底溫度高于50°時(shí),最終樣品即具有疏水性；蠟燭火焰進(jìn)行表面修飾進(jìn)一步增大石墨烯膜表面的水接觸角,使之具有超疏水性,并減小其水粘附性。因此我們實(shí)現(xiàn)了通過(guò)控制噴涂時(shí)襯底的溫度和蠟燭火焰表面處理過(guò)程來(lái)調(diào)控最終得到的石墨烯的疏水性與水粘附性。石墨烯超疏水膜展現(xiàn)出良好的柔韌性以及吸附有機(jī)物的性質(zhì),對(duì)水面和水下的有機(jī)物均能有效吸附,因此在油水分離領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB34

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：1280452