有机液体浸润性阈值及基于浸润性阈值的亲/疏液材料制备

来源 :中国科学院大学 中国科学院化学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qz824zane
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浸润现象在自然生命进化、人类生活和生产中起着举足轻重的作用。作为最普遍且重要的液体资源,水的浸润行为已经被广泛而深入地研究。研究表明,水具有特定的浸润性阈值,该阈值由固/液界面的自由能决定。以此阈值为依据,科学家们明确划分了亲/疏水材料,即,亲水材料是指表面自由能大于水的浸润性阈值的材料;疏水材料是指表面自由能小于水的浸润性阈值的材料。对于特定的固/液体系,在固体表面引入微观结构,会增强亲/疏水效应,使得材料表面更加亲水或者更加疏水。通过调节表面微观结构,各种性能优异的亲/疏水材料不断问世,这些材料已在防水、采油、防污等领域崭露头角。  有机液体,作为重要的流体介质,被广泛应用于石油精制、化工冶炼、能源以及医药等领域,这些应用过程都不可避免地涉及到有机液体在固体表面的浸润行为。但是,迄今为止,关于有机液体的浸润性的研究甚少,只有极少数工作报道了疏液的低能表面,笼统地展示疏液(有机液体)现象。什么是“亲/疏液材料”?“亲/疏液的本质”是什么?这些问题依然是当前浸润性学科领域的重大难题。研究有机液体浸润性,探寻“亲/疏液的界限”,不仅从概念上明确“亲/疏液(有机液体)的本质”,而且为亲/疏液材料的制备、有机液体的选择性吸附、萃取、分离提供理论依据,更有助于解决生产应用中涉及到的有机流体介质相互反应、溶合、分离等现实问题。本论文正是基于此研究目的展开的,具体内容包括以下两部分:  1.通过精确调控固体表面的表面能,首次发现有机液体具有特定的浸润性阈值,而且这些浸润性阈值随着液体表面张力值的减小而减小。同时,本工作在理论上阐明了“亲/疏液的本质”,即:亲液材料是指表面自由能大于液体的浸润性阈值的材料;疏液材料是指表面的自由能小于液体的浸润性阈值的材料。  2.基于有机液体的浸润性阈值,通过静电纺丝及表面化学接枝方法,制备了对各种有机液体浸润性可控的、柔性的、多孔纤维膜。结合有机液体的浸润性值,通过调节纤维膜的孔径、厚度和表面组成,实现了有机液体在薄膜表面上精确可控的亲/疏液行为。该薄膜在高效、快速的分离有机液体领域显示出广阔的前景和巨大的应用价值。
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