利用正硅酸四乙酯水解制备超双疏涂层和分离过滤膜

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有机硅源在不同条件下水解可以制备具有不同形貌和不同性能的二氧化硅纳米材料,这使二氧化硅纳米材料在生物医疗、航天航空和国防军工等领域都具有较大的应用价值。虽然有机硅源水解的反应条件容易达到和控制,但是精确控制有机硅源水解反应条件,制备具有不同性能和应用潜能的二氧化硅材料/复合材料,从而扩大其应用范围,在实际应用的过程中具有重要的价值。本文通过在不同条件下水解正硅酸四乙酯(TEOS)制备二氧化硅材料/复合材料,探究其在超双疏微流控和过滤分离领域的应用。主要研究内容如下:(1)基于St?ber法,在十七氟癸基三乙氧基硅烷(AC-FAS)和磁性四氧化三铁纳米粒子(Fe3O4 NPs)存在的条件下,TEOS在碱性条件下水解制备具有核壳结构的Fe3O4@Si O2/F NPs。所制备的Fe3O4@Si O2/F NPs具有高表面粗糙度和低表面能,因此涂层具有优异的超双疏性能:水接触角(WCA)约为170°,油接触角(OCA)约为160°。除此之外,Fe3O4@Si O2/F NPs还具有磁性,饱和磁化值为12.0 emu/g。基于Fe3O4@Si O2/F NPs涂层具有超双疏性能和磁性,将其与具有弹性形变的聚二甲基硅氧烷和二甲基硅油的混合物(PDMS@SO)薄膜结合,可以实现利用磁性驱动水滴或者油滴运动的目的,该方案在微流控领域有着潜在的应用价值。(2)通过改变TEOS的水解条件,我们意外地获得了具有均匀介孔结构的二氧化硅纳米片,进一步对其合成、性能和应用潜能进行研究。本文在水和正己烷的混合溶液中,以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)所形成的胶束为模板,在水-正己烷界面处制备无支撑型的介孔二氧化硅纳米片。在制备过程中,仅需通过乙醇洗涤和冷冻干燥步骤即可除去杂质获得纯介孔二氧化硅纳米片。电镜测试和Brunner-Emmet-Teller(BET)测量结果均表明所制备的介孔二氧化硅纳米片具有完整片状结构、均匀孔结构、厚度薄且表面积大。通过将介孔二氧化硅纳米片沉积在醋酸纤维素(CA)膜上,得到的分离过滤膜可以通过93.46%的cyt c分子,拦截52.73%的OVA分子,这证明了其在基于纳米尺寸的分子分离中的潜在应用。
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