超疏水防垢涂层的电化学制备与性能研究

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随着工业的高速发展,腐蚀结垢现象严重影响了工业生产的效率,增加了能耗,造成了国家经济损失。传统的解决方法主要有添加阻垢剂,或在管道、锅炉、换热器等易结垢物体表面涂上防护涂层等。然而,阻垢剂的大量使用会对环境造成一定污染,而防护涂层的防垢效果欠佳。超疏水涂层具有纳微结构和低表面能特性,可以在涂层周围产生一层气膜,隔绝了污染物。本文将阻垢剂与超疏水涂层相结合,利用阳极氧化法,在金属表面成功制备了含阻垢剂的超疏水涂层,重点研究了涂层的疏水,防垢,防腐等性能,主要内容可概括为如下几点:(1)首先采用阳极氧化法,将钛片制成二氧化钛纳米管(TiO2NTs),再经过700℃煅烧,得到混晶TiO2NTs涂层。之后,将二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMPA)注到TiO2NTs膜表面,再用低表面能物质修饰得到TiO2NTs/DTPMPA超疏水涂层。优化条件下,涂层的疏水角和滚动角分别为(151.4±1.6)°和(3±1.3)°。通过结垢性能测试发现涂层具有优异的防垢性能,结垢速率是TiO2NTs涂层的15.9%。(2)采用阳极氧化法,在铝板的表面制备出多孔结构的氧化铝层,用真空压缩的方法将DTPMPA注入到纳米孔洞中,再经过氟化改性使其具有疏水性能,得到DTPMPA超疏水涂层。优化条件下,涂层的疏水角和滚动角分别为(150±1.5)°和(2±0.8)°。DTPMPA超疏水涂层具很好的疏水耐久性能,在碳酸钙饱和溶液中浸泡一段时间后,其疏水角仍可达(137±1)°。同时,结垢性能测试发现涂层非凡的防垢性能,其结垢诱导时间为96 h,结垢速率是超疏水涂层的17.0%,氧化铝涂层的10.3%。动电位极化曲线结果表明涂层还具有很好的防腐性能。(3)在铝板上采用阳极氧化法制备出多孔结构的氧化铝层,用真空压缩将DTPMPA注入到纳米孔洞中,以多巴胺和Tris-HCl为链接剂,将氧化石墨烯(GO)包覆在多孔氧化铝表面,经过氟化改性制备出DTPMPA/GO超疏水涂层。优化条件下,涂层疏水角高达(151.2±1.1)°,滚动角低至(1.8±0.7)°。通过自清洁测试发现DTPMPA/GO涂层表现出优异的自清洁性能,即使经历200次泥浆浸渍,依旧可以保持洁净的表面。同时,发现涂层具有优异的防垢性能,其结垢诱导时间为25 h,结垢速率为GO/DTPMPA超疏水涂层的59.4%,氧化铝涂层的19.7%。由于加入了GO使涂层防腐性能得到提高。
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