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)濟的發(fā)展,石油及有機溶劑的泄漏事件發(fā)生的越來越頻繁。在大型石油泄漏事故中,現(xiàn)在一般的處理方法無法做到石油的完全去除,總是會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,對生態(tài)環(huán)境造成破壞；在日常生活中人們也會經(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,目前還沒有有效的處理方法。本論文采用超疏水材料實現(xiàn)在水中去除微量油污染。超疏水現(xiàn)象是由固體表面潤濕性決定的,而潤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,水在此種表面無法鋪展,形成類球形的水滴,很容易滾動。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。很多研究人員對超疏水現(xiàn)象進行了研究,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)。因此探索方法簡單、造價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.對自然界中的超疏水現(xiàn)象進行了介紹,并對理論基礎(chǔ)、模型以及制備方法進行了綜述,總結(jié)了研究人員對于超疏水材料的研究進展,并對超疏水材料的潛在應(yīng)用領(lǐng)域進行了分析。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)。制備過程簡單,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柔軟且毛細力強,大小和形狀可以靈活變動。制備的SFP樣品能快速吸附多種油類和有機溶劑,并且能以較高的分離效率從油水混合物中分離出油。由于紙巾強大的毛細作用力,SFP能迅速從水面或水下吸附微量的油,而這對于很多傳統(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格低廉,為SFP的大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用提供強大的優(yōu)勢。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具有疏水性的石墨烯膜進行表面修飾,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,通過肼蒸汽還原,得到石墨烯膜,再通過蠟燭火焰修飾表面,得到具有超疏水性的石墨烯超疏水膜。通過對石墨烯膜進行Raman光譜、紅外光譜和XRD光譜表征,證實樣品中含氧官能團大量減少,還原度較高。未進行表面修飾前的石墨烯膜具有很強的水粘附性,且潤濕性受噴涂時基底溫度的影響,當(dāng)基底溫度高于50°時,最終樣品即具有疏水性；蠟燭火焰進行表面修飾進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。因此我們實現(xiàn)了通過控制噴涂時襯底的溫度和蠟燭火焰表面處理過程來調(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物的性質(zhì),對水面和水下的有機物均能有效吸附,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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34

【參考文獻】

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本文編號：1280452