基于埃洛石纳米管超疏水表面制备及油水分离性能研究

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超疏水表面在溢油事故处理中起着至关重要的作用。但是,其实际的应用往往受到制备工艺及原料成本的限制。因此,探索新的超疏水表面制备工艺和开发新的超疏水材料十分重要。本文以埃洛石纳米管(Halloysite nanotubes,HNTs)为主线,对超疏水表面的制备工艺进行了初步探索,并对条件进行了优化。具体内容如下:(1)廉价且环保的油水分离方法越来越受到人们的重视,然而,繁琐的制备过程和高昂的制备成本仍然阻碍着超疏水表面的发展。本文中,首先使用十八烷基三甲氧基硅烷(Octadecyl trimethoxy silane,ODTMS)来对HNTs进行改性,后用简单的浸渍工艺将改性后的HNTs负载在织物的表面上,得到了超疏水织物,水的静态接触角(Water contact angle,WCA)达到164o,可用于油水分离。引入的改性HNTs在降低表面能的同时也增加了粗糙度,赋予了织物超疏水/超亲油性。所制备的超疏水织物在10次分离循环内展示出良好的分离能力和较高的分离效率(99.99%),可以吸收超过其自身质量12.5倍的油品。此外,该超疏水织物在较苛刻的环境下仍保持较好的疏水性。(2)通过界面聚合(Interfacial polymerization)技术构筑超疏水表面还少有人研究。本文以1,3,5-苯三甲酰氯(Trimesoyl chloride,TMC)为油相单体,超支化的聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine,PEI)为水相单体,通过界面聚合反应,形成聚酰胺膜(Polyamide film,PAF)将HNTs固定在三聚氰胺海绵(Melamine sponge,简称为MS sponge)表面,得到了超疏水海绵,记作MS-PAF-HNTs/Si O2海绵。与原始的MS sponge相比,MS-PAF-HNTs/Si O2海绵保留了其相互贯通的大孔结构,WCA达到158o。MS-PAF-HNTs/Si O2海绵表现出出色的吸油能力和优异的油水分离性能,对实验中所用到的不相容的油水混合物分离效率皆在99.91%以上。此外,超声实验也证明了该超疏水涂层具有很好的稳定性。将MS-PAF-HNTs/Si O2海绵与真空系统结合可以实现对油水混合物的连续分离。
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