ZnO纳米材料的疏水性调控及其在油水分离中的应用研究

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疏水性,自从“荷叶效应”被发现以后,立刻成为了一项重要的研究热点。通常材料的疏水性以水滴在固体材料水平表面的静态接触角CA(contactangle)的大小作为其衡量标准。当CA<90°和CA<5°时,分别称之为亲水和超亲水材料;当CA>90°和CA>150°时,分别称之为疏水和超疏水材料。同时材料表面滚动角的大小也是评判其疏水性的标准之一,其表面前进角和后退角越接近,滚动角越小,说明固体表面的疏水性越好。通常,疏水性界面调节方式可以通过以下两种方法实现:一种是在固体界面上构建粗糙结构;另一种通过在固体表面上修饰其它低表面能的疏水性化学物质来改变界面的亲疏水性。近些年,疏水性材料在防水自清洁,药物材料,防腐蚀,油水分离,分析检测等众多领域得到广泛的应用和发展。  ZnO作为一种新型功能化材料,近些年来在催化学、磁学、光学、力学、表面科学等方面展现出了的众多优良性能,使得其在光催化剂、纳米激光器、气体传感器、压电传感器、太阳能电池、自清洁、油水分离等领域得到广泛的应用。此外,由于其灵活多变的形貌可调控性以及材料的稳定性,纳米氧化锌在仿生超疏水应用领域和医药化工应用领域得到了长足的发展。  本文通过在银箔和玻璃纤维滤膜表面生长上一层ZnO纳米材料,以及对材料表面进行粗糙结构的构造和低表面化学能修饰剂的使用,来调节材料表面的亲疏水特性,此外还深入研究了材料疏水特性的调节控制以及在油水分离方面的应用。论文研究内容归纳如下:  1、运用水热合成方法结合高温退火过程制备多孔ZnO纳米片阵列。利用化学浴沉积法制备出了垂直生长在银箔基底表面的碱式碳酸锌纳米片阵列结构,经空气中的高温退火后使得原来的碱式碳酸锌纳米片失去H2O和CO2分子转变为多孔ZnO纳米片,从而得到了多孔ZnO纳米片阵列。  2、利用化学修饰剂修饰ZnO纳米片阵列薄层表面,从而获得疏水性表面以及其疏水性能的调控方法。通过化学修饰物脂肪酸修饰ZnO纳米片阵列薄层的方法,研究了ZnO表面疏水性能的影响因素,通过ZnO材料在基底表面的粗糙结构的构建以及化学修饰物的应用,从而使固体材料表面获得疏水特性。此外,还研究了材料的稳定性以及外界因素,如UV紫外线照射对材料疏水性的影响。  3、利用双重修饰物获得多孔超疏水性结构,研究了材料在油水分离当中的应用。通过化学浴沉积法将多孔ZnO纳米结构沉积在玻璃纤维滤膜上,利用硬脂酸和聚苯乙烯在结构表面进行修饰,获得了多孔超疏水性材料,并研究了材料在油水分离当中的应用。
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