功能性超疏水材料的制备及其在水净化中的应用研究.pdfVIP

功能性超疏水材料的制备及其在水净化中的应

用研究

摘要

随着全球经济的快速发展，石油行业也随之迅猛发展。海洋石油开发和运输过程

中石油泄漏事故频繁发生，对环境造成重大污染。这些油状污染物成分复杂，主要包

括分层型油水混合物、水溶性有机物、高粘度原油和油水乳状液，难以处理，需要耗

费大量的人力物力。超疏水材料因其简便性、节能性和高效率在近些年来受到广泛关

注。但目前大多超疏水材料制备工艺繁琐，并且性能单一，无法处理复杂油状污染物。

因此，开发高效处理水中有机污染物、乳液和高粘度原油的多功能超疏水材料尤为重

要。基于此，我们采用简单的方法制备了三类多功能超疏水材料用于油水分离。所制

备的超疏水材料具有油水分离、光催化、光热转换等多种功能，达到了高效油水分离、

降解有机污染物、快速吸收高粘度原油和油水乳状液处理的目标。主要研究内容如下：

（1）光催化超疏水ODA-ZnO-ER@PF织物的制备及其性能研究

通过简单一步浸泡法，通过环氧树脂将氧化锌（ZnO）纳米粒子覆载在织物上，

十八胺（ODA）提供低表面能，开发了一种光催化超疏水织物ODA-ZnO-ER@PF。实

验结果表明，ODA-ZnO-ER@PF具有良好的超疏水性（WCA156.5°），具有优异的

耐摩擦、耐酸碱和抗紫外性，以及油水分离效率（分离效率高于94.6%），另外，

ODA-ZnO-ER@PF具有优异的光催化性能，在紫外光的照射下可降解水中的亚甲基蓝

（降解效率为93.3%）和自身表面的有机污染物。ODA-ZnO-ER@PF同时实现了超疏

水性和光催化降解污染物的目标，为处理含油工业废水提供了一种新思路。

（2）光热超疏水SCCP@MF海绵的制备及其性能研究

以邻苯二酚和十二硫醇为改性剂对碳纳米管（CNTs）进行疏水改性得到超疏水碳

纳米管（SCC），使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为胶粘剂加强SCC与三聚氰胺甲

醛海绵（MF）之间的结合力并提高超疏水性，制备了光热超疏水SCCP@MF海绵。

SCCP@MF具有出色的超疏水性（WCA158.5°），具有优异的环境稳定性，在经历

200℃高温加热、100℃沸水处理和机械摩擦后，仍保持其超疏水性。SCCP@MF海绵

表现出良好的吸油能力（吸油容量：21.7~42.1g/g）、破乳能力、油水分离能力（分

I

离效率＞92.1%），更重要的是，SCCP@MF海绵具有优异的光热性能（ΔT

51.7℃），可以高效降低原油粘度并将其吸收。另外，SCCP@MF海绵还具有良好的

阻燃性（燃烧后的重量保持率为83.3%）和优异的抗菌性能。SCCP@MF海绵在油水

分离和快速原油清理等领域具有一定的应用潜力。

（3）光热超疏水ODA-PGA@CNTs涂层的制备及其性能研究

以绿色的没食子酸（GA）和十八胺（ODA）对碳纳米管进行疏水改性，得到改性

碳纳米管（ODA-PGA@CNTs）。干燥后将其溶于乙醇并采用简单的喷涂方法，喷涂于

织物表面，制备了ODA-PGA@CNTs光热超疏水涂层。研究结果表明，ODA-

PGA@CNTs涂层具有良好的超疏水性能（WCA158.6°）、机械耐久性和化学稳定性，

在经历机械磨损、胶带剥离和200℃高温加热后仍具有良好的疏水性（WCA＞

148.2°），此外，所制备的ODA-PGA@CNTs涂层还具有良好的油水分离性能，对所

选定的6种油水混合物的分离效率均高于92.2%。更重要的是，ODA-PGA@CNTs涂层

具有优异的光热性能（ΔT52.9℃）。由于制备方法简单，ODA-PGA@CNTs可以喷

涂于多种基材（如织物、滤纸和海绵等）制备超疏水涂层。ODA-PGA@CNTs涂层为

制造超疏水涂层提供了一种经济有效且通用的方法，有望应用于油水分离、化工和交

通运输等领域。

【关键词】：超疏水；油水分离；光催化；光热转换；抗菌性

II

Preparationoffunctionalsuperhydrophobic

materialsandtheirapplicationinwater