隨著世界經(jīng)濟(jì)和全球工業(yè)化進(jìn)程的高速發(fā)展,人類對(duì)石油資源及其衍生產(chǎn)物的需求不斷增加。然而在此進(jìn)程中,石油泄漏和有機(jī)污染物排放已經(jīng)對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重甚至不可挽回的損害,油水分離已成為一個(gè)全球性的挑戰(zhàn)。因此如何處理油水混合物并將其有效分離開已成為目前亟待解決的問題。超疏水表面展現(xiàn)出自清潔、超疏水特性,自上世紀(jì)50年代開始逐漸引起廣泛研究。特別近些年,各國學(xué)者從自然界中獲得靈感,通過對(duì)荷葉表面自清潔的仿生研究表明,荷葉表面的微納米階層結(jié)構(gòu)和疏水的表皮蠟質(zhì)的共同作用維持了水滴很高的靜態(tài)接觸角和很小的滾動(dòng)角,從而實(shí)現(xiàn)超疏水和自清潔,稱為自清潔或荷葉效應(yīng)。一般情況下,超疏水表面可以通過兩種方法來制備：一是在疏水性表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu),二是在粗糙表面上修飾低表面能物質(zhì)。最近,許多仿生超疏水超親油材料因其選擇性吸油和完全不吸水而被廣泛研究和報(bào)道,然而也還存在一些問題,如價(jià)格昂貴、制備過程復(fù)雜、較難擴(kuò)大生產(chǎn)等。因此迫切需要開發(fā)一種多功能吸附材料用于有效地解決這些問題。本文基于“荷葉效應(yīng)”,制備了兩種多功能超疏水環(huán)境功能材料并對(duì)其疏水性和油水分離性能進(jìn)行了表征。本論文以廉價(jià)無塵紙為基體,通過反復(fù)浸泡-干燥法負(fù)載炭黑和化學(xué)氣相沉積法(CVD)修飾超疏水分子,制備了功能性疏水無塵紙復(fù)合材料。通過接觸角等測試表明所制備的疏水無塵紙復(fù)合材料具有很好的疏水性和親油性及低的表面能。研究表明,在吸附第四次時(shí),炭黑所占質(zhì)量百分比為16%,此時(shí)接觸角達(dá)到最大值為147.4±1.1°,說明此時(shí)疏水性最好,同時(shí)其親油性最佳。通過模仿浮油和水下有機(jī)污染物的油水分離過程,達(dá)到了很好的選擇性油水分離的目的。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高吸油能力和油水混合物的可控分離,另制備了超疏水磁性聚氨酯復(fù)合海綿材料。借助多巴胺的反應(yīng)活性和優(yōu)越的粘附性,將磁性氧化鐵顆粒固定在聚氨酯海綿基體的表面,再通過氟硅烷浸泡形成疏水表面。該復(fù)合材料表現(xiàn)出卓越的彈性、高疏水性,與水滴接觸角達(dá)到153.7±2.7°,且對(duì)腐蝕性溶液也具有非常穩(wěn)定的特殊浸潤性。該材料具有多孔性和卓越的吸油能力,能夠選擇性吸收其自身重量約10-35倍的不同油品。除此之外,該復(fù)合材料能在外界磁場驅(qū)動(dòng)下在油水混合物表面移動(dòng)并吸收油品,實(shí)現(xiàn)磁場驅(qū)動(dòng)分離油水混合物的目的。對(duì)于酸、堿、模擬海水的油水混合物都能夠達(dá)到較好的油水分離效果。對(duì)于水下有機(jī)污染物也達(dá)到了很好的分離效果。復(fù)合材料保持著海綿基體良好的彈性,能夠通過簡單擠壓可將吸收的油品快速清除,使油品快捷回收,同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料循環(huán)利用。通過對(duì)苯十次吸收測試來研究材料的重復(fù)使用性,結(jié)果表明該材料的吸油能力k值保持穩(wěn)定,材料具有較好的重復(fù)利用性。
【學(xué)位單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

葉＂潔身自好＂，不沾污水的自然現(xiàn)象，且在水滴滾落時(shí)帶走表面的污泥。荷葉表面的逡逑微納米階層結(jié)構(gòu)和疏水的表皮蠟質(zhì)的共同作用維持了水滴很高的靜態(tài)接觸角和很小的逡逑滾動(dòng)角，從而實(shí)現(xiàn)超疏水和自清潔，又稱為荷葉效應(yīng)（ｌ0ｔｕｓ－ｅｆｆｅｃｔ）ＰＷ９ｌ，如圖１－１所示。逡逑圖１－１邋（ａ）水滴在荷葉上的照片，肋荷葉表面ＳＥＭ照片，插圖為單個(gè)乳突的ＳＥＭ照片，ＰＷ似水滴逡逑滾落時(shí)帶走表面污染物ＰＵ逡逑與荷葉類似，印第安水芹、水稻等葉面也是在宏觀上看似光滑，而在微小尺度上逡逑具有一些特別的多階層結(jié)構(gòu)；除植物之外，一些昆蟲如蠟的翅膀［３３］、水雖的腿部［３４］等在逡逑表面也分布有特殊的微觀結(jié)構(gòu)，如圖１－２所示。它們表面的微觀結(jié)構(gòu)形成新的氣／固復(fù)合逡逑表面，可Ｗ導(dǎo)致其具有超疏水性從而實(shí)現(xiàn)水滴自由滾落ＰＳｊ。逡逑圖１－２水稻葉１３２１腳、蜂翅膀Ｐ３ｌ（ｂ）和水吾腿部似的照片及其表面的ＳＥＭ照片逡逑ＵｊＩ上動(dòng)植物的特殊的表面浸澗性是其在自然界中長期選擇和進(jìn)化的結(jié)果，同時(shí)也為逡逑人類解決疑難問題提供了答案Ｐｙ。借助自然的啟發(fā)，我們能夠制造出許多超疏水功能性逡逑材料

葉＂潔身自好＂，不沾污水的自然現(xiàn)象，且在水滴滾落時(shí)帶走表面的污泥。荷葉表面的逡逑微納米階層結(jié)構(gòu)和疏水的表皮蠟質(zhì)的共同作用維持了水滴很高的靜態(tài)接觸角和很小的逡逑滾動(dòng)角，從而實(shí)現(xiàn)超疏水和自清潔，又稱為荷葉效應(yīng)（ｌ0ｔｕｓ－ｅｆｆｅｃｔ）ＰＷ９ｌ，如圖１－１所示。逡逑圖１－１邋（ａ）水滴在荷葉上的照片，肋荷葉表面ＳＥＭ照片，插圖為單個(gè)乳突的ＳＥＭ照片，ＰＷ似水滴逡逑滾落時(shí)帶走表面污染物ＰＵ逡逑與荷葉類似，印第安水芹、水稻等葉面也是在宏觀上看似光滑，而在微小尺度上逡逑具有一些特別的多階層結(jié)構(gòu)；除植物之外，一些昆蟲如蠟的翅膀［３３］、水雖的腿部［３４］等在逡逑表面也分布有特殊的微觀結(jié)構(gòu)，如圖１－２所示。它們表面的微觀結(jié)構(gòu)形成新的氣／固復(fù)合逡逑表面，可Ｗ導(dǎo)致其具有超疏水性從而實(shí)現(xiàn)水滴自由滾落ＰＳｊ。逡逑圖１－２水稻葉１３２１腳、蜂翅膀Ｐ３ｌ（ｂ）和水吾腿部似的照片及其表面的ＳＥＭ照片逡逑ＵｊＩ上動(dòng)植物的特殊的表面浸澗性是其在自然界中長期選擇和進(jìn)化的結(jié)果，同時(shí)也為逡逑人類解決疑難問題提供了答案Ｐｙ。借助自然的啟發(fā)，我們能夠制造出許多超疏水功能性逡逑材料

式中：Ｘｓｖ、和？一固－氣界面、固－液界面和液－氣界面的表觀自郵良；０—平衡接逡逑觸角。逡逑如圖１－３模型所示，將液體滴在理想的光滑固體表面，液體不完全展開而與固體表逡逑面形成０角，就是接觸角，表明各個(gè)界面表面張力達(dá)到平衡，液滴在固體表面上處于穩(wěn)逡逑態(tài)（或亞穩(wěn)態(tài)）使得體系總能量趨于最小。逡逑Ａ逡逑圖１－３接觸角示意圖Ｐ６１逡逑對(duì)于組成均勻、規(guī)則的固體表面，Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程非常適用，然而這種理想表面在現(xiàn)逡逑實(shí)生活中是不存在的。對(duì)于粗髓表面，Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程就不適用了。因此Ｗｅｎｚｅｒ’ｓｗ，Ｃａｓｓｉｅ逡逑和ＢａｘｔｅｒＰｉ，５２ｌＨ位科學(xué)家在二十世紀(jì)四五十年代，對(duì)于粗y礱嫻謀礱嬲帕τ虢喲ソ塹膩義瞎叵搗直鸞辛私徊降男拚�。辶x嫌捎詿痔潛礱嫻拇嬖冢溝眉負(fù)紊瞎鄄獾降拿婊∮詮桃合嗟氖導(dǎo)式喲ッ婊�，导辶x現(xiàn)鹵砉勱喲ソ牽ㄓ帽硎荊┚筒壞扔詒菊鶻喲ソ牽�，两者之间存哉洑gú鈧�。并沁b祝澹睿澹戾義霞偕枰禾迥蓯賈仗盥痔潛礱嫻陌疾郟繽跡歟矗ǎ幔┧荊莆⑹喲ィ�，栽熕基础上对辶x希伲錚酰睿紜蠓匠探行拚玫街模祝澹睿澹旆匠蹋哄義希悖錚螅埃媯劍潁悖錚螅板危ǎ保玻╁義鮮街校唬

本文編號(hào)：2824138