大量含油污水的排放和海上石油泄漏事故的頻繁發(fā)生不僅是一種資源浪費(fèi),而且也對(duì)水資源造成了一定程度的破壞。隨著仿生科學(xué)和界面科學(xué)的發(fā)展,人們研發(fā)出許多具有特殊潤(rùn)濕性表面的材料并將這些材料成功的用于油水分離方面。通常來(lái)說(shuō),制備特殊潤(rùn)濕性材料需要兼顧材料的表面粗糙結(jié)構(gòu)和表面自由能。依據(jù)這一原則,本論文采用日常生活就能輕易得到的棉布作為基底,通過(guò)氣-液相溶膠凝膠反應(yīng)和點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)制備出了兩種不同潤(rùn)濕性的棉布,并且將其用于油水分離方面,從而滿足實(shí)際生產(chǎn)和生活的多種需求。本文研究?jī)?nèi)容如下:（1）首先通過(guò)氣-液相溶膠凝膠反應(yīng)在棉布表面沉積一層巰基二氧化硅粒子（Si O₂-SH）,然后利用巰基-烯點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)接枝具有低表面能的1H,1H,2H,2H-全氟癸基丙烯酸酯（FMA）得到了具有超雙疏性的棉布。制備出來(lái)的棉布對(duì)于表面張力大于27.5 m N/m的十六烷的接觸角大于150°,展現(xiàn)出很好的疏水疏油性。該棉布分別經(jīng)過(guò)水洗15次、膠帶剝離測(cè)試40次、浸泡在酸堿溶液12 h或紫外光照射24 h之后仍然能保持疏水疏油角大于148°,具有較強(qiáng)的機(jī)械、化學(xué)穩(wěn)定性和耐紫外性能。超雙疏棉布在被乙... 

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空氣中的(a)Young氏模型，(b)Wenzel潤(rùn)濕模型和(c)Cassie潤(rùn)濕模型示意圖

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4綜上所述，固體表面的潤(rùn)濕性可以通過(guò)調(diào)控表面化學(xué)構(gòu)成和表面粗糙結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)成。Wenzel和Cassie理論潤(rùn)濕模型雖然都有一定的局限性，但是作為經(jīng)典的潤(rùn)濕理論，仍然能解釋很多問(wèn)題，已經(jīng)被廣泛認(rèn)可。圖1-2水下的(a)Young氏模型，(b)Wenzel潤(rùn)濕模型和(c)Cassie潤(rùn)濕模型示意圖Fig.1-2Schematicdiagramof(a)Youngmodel,(b)Wenzelmodeland(c)Cassiemodelinwater1.3超潤(rùn)濕材料在油水分離方面的應(yīng)用隨著界面科學(xué)和仿生科學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的特殊潤(rùn)濕性材料被制備出來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些特殊潤(rùn)濕性的材料可能會(huì)對(duì)油和水產(chǎn)生不同的潤(rùn)濕性，因此可以用來(lái)進(jìn)行油水分離。這些潤(rùn)濕性材料包括以下幾種（1）超疏水/超親油材料（2）超親油/超疏水材料（3）智能響應(yīng)性材料和（4）其他潤(rùn)濕性材料。1.3.1超疏水/超親油型油水分離材料超疏水/超親油材料是指材料表面的水接觸角大于150°，水滾動(dòng)角和油接觸角小于10°的這一類材料。這類材料能夠?qū)λa(chǎn)生排斥性，對(duì)油展現(xiàn)出親和性，這種對(duì)兩種液體產(chǎn)生不同潤(rùn)濕性的特征，就能用來(lái)進(jìn)行油水分離。從Wenzel和Cassie潤(rùn)濕理論可以知道，固體材料的潤(rùn)濕性主要由表面的粗糙結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分決定，因此制備這類超疏水材料一般有以下兩種方法（1）在低表面能固體表面構(gòu)造更進(jìn)一步的納微米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)（2）在粗糙表面上修飾低表面能的物質(zhì)，使得粗糙表面的表面能大大降低達(dá)到超疏水的效果�；诔杷�/超親油潤(rùn)濕性，許許多多不同基底的超潤(rùn)濕材料被制備出來(lái)。主要包括作為過(guò)濾型的二維材料（金屬網(wǎng)膜，織物，高分子聚合膜等）和吸附型的三維材料（碳材料，高分子聚合多孔材料等等）。1、二維分離材料金屬網(wǎng)膜由于來(lái)源廣泛，孔徑均一、可控，被廣泛用于制備超疏水/超親油的油水分離材料[24,25]

5來(lái)構(gòu)造粗糙度和降低表面能，然后加熱使其固化的方法制備出了具有超疏水/超親油的不銹鋼網(wǎng)膜，并且將其用于分層油水混合物的油水分離，至此以后，特殊潤(rùn)濕性材料用于油水分離的研究也逐步增多，但是大部分的材料僅適用于分層的油水分離之中，乳化油水的分離仍然需要突破。我們課題組[27]首先利用自組裝構(gòu)造一層親水的二氧化硅粒子，然后通過(guò)旋涂一層疏水的氟化物和二氧化硅的混合溶液，構(gòu)造出了具有親水區(qū)域的超疏水復(fù)合不銹鋼網(wǎng)，然后利用親水區(qū)域?qū)λ挠H和性將水從水包油乳液中聚集出來(lái)，具有很好的理論指導(dǎo)意義（圖1-3）。圖1-3(a)超疏水-親水復(fù)合/超親油的不銹鋼網(wǎng)的SEM圖；(b)分離油包水乳液時(shí)水滴聚集現(xiàn)象；(c)甲苯包水乳液分離前后照片[27]Fig.1-3SEMimageofsuperhydrophilicbumpssuperhydrophobic/superoleophilicstainlesssteelmesh.(b)Digitalimagesofwaterdropletsgatheringonthesurfaceofthefilter.(c)Digitalimagesofwater-in-tolueneemulsionbeforeandafterseparation[27]柔性材料織物，作為一種有孔徑、簡(jiǎn)單易得、機(jī)械和化學(xué)性能的穩(wěn)定的二維分離基底也經(jīng)常用來(lái)制備超疏水/超親油分離材料[28]。我們課題組在這方面研究比較廣，Zhou[29]首先利用金屬離子與植酸的層層自組裝反應(yīng)在棉布表面構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)，然后用PDMS降低棉布表面的表面能，制備出了超疏水/超親油的棉布。制備出來(lái)的棉布具有耐有機(jī)溶劑腐蝕、耐多種機(jī)械磨損和耐紫外光磨損的優(yōu)點(diǎn)，并且能對(duì)多種油水混合物進(jìn)行分離。用這個(gè)棉布將海綿包裹住，能夠有效的將漂浮在水面上的油進(jìn)行吸出，實(shí)現(xiàn)了二維過(guò)濾型材料向三維吸油材料的有效轉(zhuǎn)變。此種方法還能對(duì)海綿，PET布，濾紙進(jìn)行改性，具有廣泛性（圖1-4）。Hou[14]利用巰基-烯點(diǎn)擊化學(xué)的方法在棉布表面接?


本文編號(hào)：3062905