论文部分内容阅读
“荷叶效应”的提出给功能超疏水表面的构建提供了理论指导,超疏水表面广泛应用于自清洁、防覆冰、防腐蚀以及油水分离等领域。特别是,超疏水材料在油水分离领域具备极大的潜能,由于表面自由能的作用,油相将轻易地铺展、渗透超疏水材料,进而实现与水相的分离,将这种具备特殊的表面润湿性的材料用于分离海洋漏油或工业含油废水,符合当今社会倡导的资源节约和环境友好的发展理念。此外,阻燃领域也广受人们关注,因为火灾轻则造成财产损失,重则带来人员伤亡。因此,本论文以棉织物为基底,分别在其表面构建两种超疏水涂层和一种超疏水/阻燃的涂层,并对超疏水棉织物的油水分离性能进行了评估。主要研究内容如下:(1)原位还原法制备超疏水Cu/Cu O/Cu2O@棉织物涂层及油水分离性能研究。首先利用铜氨络合物与棉织物上纤维素的相互作用将Cu2+固定在棉织物表面,原位还原后棉织物表面形成均匀的Cu/Cu O/Cu2O纳米颗粒,最后经过低表面能物质正十八硫醇(ODT)与表面纳米颗粒之间的反应以及吸附作用,得到超疏水Cu/Cu O/Cu2O@棉织物。该棉织物展现超疏水性,其水接触角(WCA)为153.5°,对常见家用液体也展现出疏水性,且具备化学与机械稳定性。此外,超疏水Cu/Cu O/Cu2O@棉织物具备高效的油水分离效率(η)和重复使用性,对正十二烷/水混合物和正己烷/水混合物分别进行30次分离循环,其η分别保持在98%和97%;在搜集水面的正十二烷时,质量流率(8))在分离的初始阶段最高,达到0.34 g cm-2 s-1。(2)溶胶-凝胶法制备超疏水Zr(OH)4/DTMS@棉织物涂层及自清洁性能研究。利用氯氧化锆(Zr OCl2·8H2O)和正十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)的水解产物以及纤维素上的-OH之间的脱水缩合反应,直接制得超疏水棉织物。以WCA和粗糙度(Ra)为评价指标,考察了Zr OCl2·8H2O和DTMS加入量等对Zr(OH)4/DTMS@棉织物涂层疏水性的影响。当Zr OCl2·8H2O、DTMS和NH3·H2O的加入量分别为0.36 g、0.25 m L和5 m L时,棉织物表面生成一层粗糙度适宜的涂层,此时疏水性最佳(WCA=155.6°);通过FT-IR和XRD表征分析该涂层的表面官能团等,其结果与溶胶-凝胶过程的机理相吻合;EDS谱图分析表明棉织物表面元素分布均匀。此外,该超疏水棉织物对可乐和橙汁的接触角(CA)均在152°以上,对咖啡、墨水和牛奶的CA在145°左右,且具备优异的自清洁性能。(3)阻燃和超疏水性Si O2/APP/PDMS@棉织物的制备及油水分离性能研究。首先利用超声辅助的溶胶-凝胶法在棉织物表面生成氨基二氧化硅纳米颗粒(Si O2-NH2 NPs),然后将聚磷酸铵(APP)附着其上,二者为超疏水性能提供粗糙度;最后将棉织物浸渍在聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液中,由于PDMS在提供低表面能的同时将表面颗粒牢牢粘附棉织物纤维表面,制备得到耐摩超疏水Si O2/APP/PDMS@棉织物,其水接触角(WCA)为154.2°。由砂纸摩擦实验、溶液浸泡实验和模拟洗涤实验可知,该棉织物具备优异的化学与机械稳定性,且该棉织物热稳定性良好。此外,超疏水Si O2/APP/PDMS@棉织物对五种不同油品展现出优异的油水分离性能,对正十二烷/水混合物和正己烷/水混合物分别进行10次油水分离,其分离效率(η)分别维持在98.5%和96%,表明该棉织物重复使用性佳。当样品被点燃时,APP分解产生的聚磷酸使得棉织物纤维素脱水碳化形成膨胀炭层,其在与PDMS的协同作用下有助于提升棉织物的阻燃性能。