有機(jī)、無機(jī)材料的超疏水功能化改性及應(yīng)用研究.pdf

1、在自然界中，有許多植物和昆蟲具有超疏水性。眾所周知，荷葉的超疏水性又叫“荷葉效應(yīng)”。作為一種特殊的潤(rùn)濕性，超疏水表面通常被定義為與水的接觸角（CA）大于150°，滾動(dòng)角（SA）小于10°的表面。超疏水表面由于其特殊的性能受到了廣大研究者們的關(guān)注，例如防水性、自清潔性、抗腐蝕性和抗冰性，所以超疏水表面具有多種功能性應(yīng)用。油泄漏和工業(yè)上有機(jī)溶劑的排放已經(jīng)嚴(yán)重的造成了水污染，使生態(tài)系統(tǒng)中個(gè)各種生物受到威脅。對(duì)于油水混合物，在過去十年，具有特殊

2、潤(rùn)濕性的材料被開發(fā)用于油水混合物的分離。表面特殊潤(rùn)濕性是化學(xué)組成和表面形貌協(xié)同作用的結(jié)果，起到了對(duì)油水選擇性潤(rùn)濕的關(guān)鍵作用。
　　據(jù)報(bào)道大多數(shù)的超疏水表面暴露于生活環(huán)境中時(shí)具有較差的耐久性，當(dāng)表面暴露于有機(jī)溶劑、海水和酸雨等惡劣環(huán)境中時(shí)，它們的微米/亞微米級(jí)二元結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)層能很容易的被破壞。因此，尋找一種簡(jiǎn)單廉價(jià)的方法制備出良好穩(wěn)定性的超疏水表面仍存在重大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，研究超疏水表面在油水分離領(lǐng)域中的應(yīng)用也是十分有意義的。

3、
　　本論文中，我們通過構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)和降低表面能的兩步法，成功地制備出三種不同的超疏水表面。制備的超疏水表面擁有很好的超疏水性，當(dāng)超疏水表面暴露于各種腐蝕介質(zhì)中后，表面具有極好的穩(wěn)定性。另外，我們還研究了這三種超疏水表面在油水分離領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　（1）耐蝕性自清潔超疏水表面的研究。通過簡(jiǎn)單的溶液浸泡法在木材上制備了超疏水表面。為了更加深入的研究粘結(jié)機(jī)制對(duì)超疏水表面穩(wěn)定性的影響，用月桂醛和月桂酸改性降低木材表面能。制得的兩

4、種超疏水木材（SW1和SW2）表面與水的接觸角達(dá)到了160°和154°。將兩種超疏水木材暴露于各種酸堿腐蝕溶液、有機(jī)溶劑和模擬海水中后，化學(xué)鍵合的SW1比SW2擁有更好的超疏水性和化學(xué)穩(wěn)定性。此外，SW1具有出色的環(huán)境適應(yīng)性，如耐酸雨腐蝕、好的耐水性和高的自清潔性能。這種方法在延長(zhǎng)木質(zhì)產(chǎn)品在生活中的使用壽命具有很大的潛在前景。同時(shí)，這種方法也能應(yīng)用到棉紡織或?yàn)V紙基體上，制得的超疏水棉織物和超疏水濾紙可用于油水分離，表現(xiàn)出了良好的分離效率

5、和循環(huán)使用性。
　?。?）高穩(wěn)定性超疏水介孔二氧化硅的制備及其應(yīng)用研究。通過簡(jiǎn)單的方法利用TEOS、APTES和VTEO作為前驅(qū)物，成功的制備出了超疏水介孔二氧化硅納米球（SMS1和SMS2）。當(dāng)超疏水介孔二氧化硅在各種酸堿腐蝕溶液和有機(jī)溶劑中處理之后，其表面的接觸角仍然大于160°，表現(xiàn)出了極好的穩(wěn)定性。此外，我們利用介孔二氧化硅（MS1）和月桂醛成功的在棉織物上制備出了超疏水表面，環(huán)氧樹脂作為MS1和棉織物的粘結(jié)劑，賦予了極好

6、的表面附著力，表面的接觸角為155°。當(dāng)超疏水棉織物暴露于各種pH腐蝕溶液和室內(nèi)常見液滴中時(shí)，仍然表現(xiàn)出了很好的穩(wěn)定性和抗污性。最后探索了該超疏水棉織物在油水分離中的應(yīng)用，分離效率高達(dá)98.6％，說明該表面具有優(yōu)秀的油水分離能力。
　　（3）高效油水分離的耐蝕性超疏水泡沫鎳的制備研究。通過簡(jiǎn)單的溶液浸泡法成功的在泡沫鎳上制備出了超親油超疏水表面。利用多巴胺沉積在泡沫鎳表面構(gòu)筑多層次結(jié)構(gòu)，最后利用十八胺進(jìn)行低表面能修飾，表面的接觸角