纳米材料的超疏水性能及其在油水分离中的应用
超疏水材料的原理及应用
超疏水材料的原理及应用超疏水材料又称为超润湿材料，是一种具有极强润湿性的材料，其原理是利用表面微纳结构设计和涂层技术，在材料表面形成特殊的结构，使液体无法在其表面附着，以实现液体无法渗透的效果。
超疏水材料具有许多独特的性质和广泛的应用，如液体滴落性能、自清洁性、低摩擦性等，因此在各个领域具有广阔的应用前景。
超疏水材料的原理主要包括表面微纳结构和液-固界面特性两个方面。
通过表面微纳结构的设计，可以使液体滴在材料表面时形成球状并迅速滚落，从而达到抗液体渗透的效果。
同时，材料表面微纳结构的形态也可以改变液-固界面的接触角，使得液体滴状物在材料表面上保持球状滚动，阻止液体与材料表面之间的接触，从而实现超疏水效果。
超疏水材料的制备方法主要包括自组装法、电化学法、激光加工法、模板法等。
其中，自组装是一种较为常见的制备方法，通过调节材料的成分和工艺参数，可以控制材料表面的微纳结构形态，实现超疏水效果。
此外，涂层技术也是制备超疏水材料的常用方法之一，通过在材料表面涂覆一层特殊的涂层，可以改变材料表面的液-固界面特性，从而实现超疏水效果。
超疏水材料具有广泛的应用前景。
首先，在防污和自清洁方面，超疏水材料可以阻止污垢和液体的黏附，使表面易于清洁。
例如，在建筑材料方面，超疏水涂料可以延长建筑物的使用寿命，减少清洗和维护成本。
其次，在油污分离方面，超疏水材料可以将油和水分离，实现资源的回收和利用。
例如，在环境污染处理方面，超疏水材料可以用于水油分离、油污吸附等领域，起到净化环境的作用。
此外，超疏水材料还可以在光学、电子、航空航天等领域中发挥作用。
在光学方面，超疏水材料可以应用于抗反射涂层、光学薄膜等领域，提高光学元件的性能。
在航空航天方面，超疏水材料可以应用于飞机机翼和风挡等部位，减少飞行中的气动阻力和气溶胶沾染。
总之，超疏水材料基于表面微纳结构和液-固界面特性的设计和制备，实现了抗液体渗透和自清洁等特性，具有广阔的应用前景。
从自然到仿生的疏水超疏水界面材料
从自然到仿生的疏水超疏水界面材料自然界中存在着许多疏水性极强的物体，比如荷叶、莲花等，它们在接触水的时候会形成水珠，水滴很难在它们表面停留，这种现象被称为“莲叶效应”。
在过去的几十年里，科学家们借鉴了自然界的疏水性特点，研发出了各种仿生的疏水超疏水界面材料，具有广泛的应用前景。
一种常见的仿生疏水超疏水界面材料是由微纳米结构构建而成的，这些微纳米结构可以增加物体表面的粗糙度，从而增大表面与水接触时的接触角，使水珠在物体表面形成较大的接触角，从而实现疏水性。
其中，仿生疏水材料的关键是构建具有微纳米级结构的表面，以实现水珠的快速排泄。
在这方面，研究者们借鉴了自然界中一些具有疏水性的生物材料，比如蜡叶、蜘蛛网等，利用其微纳米结构的特点，研发出了许多具有高疏水性能的仿生疏水超疏水界面材料。
除了微纳米结构，疏水超疏水界面材料还可以包含一些特殊的化学成分，以增强其疏水性能。
例如，研究人员发现一种叫做疏水氟烷的化合物能够在界面上形成稳定的凝胶层，从而实现超疏水性。
将疏水氟烷与微纳米结构相结合，不仅可以在物体表面形成稳定的超疏水层，还可以增强物体表面的抗污染性能。
疏水超疏水界面材料具有广泛的应用前景。
例如，它们可以应用在船舶、飞机等交通工具的表面上，减少水的阻力从而提高运动效率。
此外，它们还可以应用在建筑物的外墙、玻璃窗等表面，减少污染物的沾附，保持干净。
在医学领域，疏水超疏水材料被应用在人体假体表面，以防止细菌和其他微生物的滋生，从而减少感染风险。
除此之外，疏水超疏水界面材料还可以用于水处理和油水分离等领域。
综上所述，自然界中的疏水性物体为科学家们研发疏水超疏水界面材料提供了重要的参考。
通过构建微纳米结构和引入特殊的化学成分，研究人员已取得了一些令人瞩目的成果。
这些疏水超疏水界面材料在交通工具、建筑、医学等领域具有广泛的应用前景，为未来的科技发展带来了新的机遇。
纳米材料在石油开采中的应用
纳米材料在石油开采中的应用石油是一种珍贵资源，其开采过程也十分复杂。
近年来，随着纳米技术的发展，许多实验表明纳米材料在石油开采中具有广泛的应用前景。
纳米材料的应用不仅可以提高石油开采的效率，还可以降低开采成本和环境污染，因此其应用前景十分广泛。
首先，纳米材料可以在石油开采中起到良好的浸润作用。
纳米颗粒因其极小的粒径可以在石油裂隙中自由迁移，也能够沉积在石油表面形成纳米层导致表面改性。
这一现象可以通过纳米降黏剂在石油开采中得到广泛的应用。
纳米降黏剂可以通过不同的机制降低石油黏性，从而提高石油在地下的渗透性和流动性。
例如，石墨烯在石油增黏剂中具有重要应用，其较大的表面积能够吸附大量石油分子从而改变其流变性能，而纳米碳黑还可以刺激石油产生热润滑效应，从而使石油更加易于挤出。
其次，纳米材料在石油开采中还可以起到治理井下环境污染的作用。
石油开采过程中可能会因为井壁垮塌、泥浆渗漏等问题导致井下环境遭到污染，严重影响石油开采效率和地下水质量，而纳米材料可以在这些方面得到应用。
通过添加纳米材料到泥浆中，可以在井壁形成一层纳米障壁，从而有效地防止漏失和塌陷，使泥浆流动更加稳定。
此外，纳米颗粒还可以吸附水中的有机污染物质，去除油污泥等有害物质，起到处理井下废水、保护水源的作用。
最后，纳米材料在石油开采中还可以起到增强钻头抗磨损的作用。
钻头在石油开采中须面对极其恶劣的环境，其损耗非常严重，因此需要一个很好的办法来增强它的硬度和适应力。
利用纳米材料的机械强度和化学稳定性，研制出了许多具有更好切削性能和耐磨性的纳米增强材料。
例如，铋通量纳米晶体材料的特性使其在钻头中具有出众的磨损性能和强度，增加了钻头的使用寿命，同时还可以减少钻井时间，在石油开采过程中大大提高了钻井效率，降低了钻井成本。
总之，纳米材料在石油开采中的应用十分广泛，包括提高石油开采效率，降低开采成本和环境污染等方面，因此其应用前景非常广泛。
未来，可以进一步深入研究纳米材料在石油开采中的应用，不断创新和发展，以实现更加高效、经济、环保的石油开采方式。
高性能超疏水材料的制备与应用研究
高性能超疏水材料的制备与应用研究近年来，高性能超疏水材料的制备与应用研究在科技领域引起了广泛的关注。
这类材料具有特殊的表面结构和化学性质，能够迅速排斥液体，同时还具备优异的自清洁和抗污染能力。
本文将从制备方法和应用前景两个方面探讨高性能超疏水材料的研究进展。
一、制备方法高性能超疏水材料的制备是实现其功能性的首要步骤。
目前已经有多种方法被开发出来，如模板法、化学改性、激光刻蚀等。
其中，模板法是较为常见和经典的一种制备方法。
这种方法通过使用特殊的模板结构来构建高密度、微小尺寸的纳米结构，从而实现疏水材料表面的微纳结构化，以增加接触角。
另一种方法是化学改性，它通过在材料表面引入疏水基团或在材料内部引入纳米颗粒，改变材料的化学性质以提高疏水性能。
激光刻蚀则是一种快速制备微纳结构的方法，通过激光束在材料表面局部熔化和蒸发，形成微小的柱状或碗状结构，从而实现超疏水性能。
二、应用前景由于高性能超疏水材料的独特性能，其应用前景广阔。
首先，该类材料在防污和自清洁方面表现出色。
由于其超疏水性能，液体在其表面无法附着，从而避免了污染物的沾染。
这使得高性能超疏水材料在建筑材料、车身涂层等领域具备了广泛的应用前景。
另外，超疏水材料还能应用于油水分离、水滴操控等技术领域。
例如，利用超疏水材料制备的油水分离膜，在海洋石油开采领域具有重要的应用价值。
与此同时，高性能超疏水材料的制备和应用也面临着一些挑战。
首先，制备过程中的成本较高，限制了其大规模应用。
其次，超疏水材料在长时间使用过程中会受到外界环境的影响，表面结构容易受损，导致超疏水性能下降。
此外，超疏水材料的稳定性和可持续性也是当前研究的重要议题。
为了解决这些问题，学者们正在努力探索新的制备方法和改进现有的技术。
例如，一些研究人员尝试利用生物可降解材料来构建超疏水表面，以提高可持续性。
还有一些人在研究中提出通过混合不同材料形成多级结构，以增强材料的稳定性和耐用性。
总结起来，高性能超疏水材料的制备与应用研究展现了广阔的前景和巨大的应用潜力。
超疏水材料在油水分离领域的研究应用
超疏水材料在油水分离领域的研究应用张家恒;苏鹏程;许晓璐;何晋浙;范铮;张国亮【摘要】超疏水材料具有自清洁、非湿润等特性,在油水分离、防污染、抗腐蚀和生物医药材料等许多领域中用途广泛.近几年来,世界范围的油污染日益严重,超疏水材料作为一种有效的油水分离材料是目前功能材料研究的热点之一.简要论述了超疏水的基本理论,综述了超疏水材料在油水分离方面的研究应用,并指出存在的问题及今后的发展趋势.【期刊名称】《浙江化工》【年(卷),期】2017(048)009【总页数】4页(P41-44)【关键词】超疏水材料;油水分离;研究应用【作者】张家恒;苏鹏程;许晓璐;何晋浙;范铮;张国亮【作者单位】浙江工业大学海洋与环境化工研究所, 浙江杭州 310014;浙江工业大学海洋与环境化工研究所, 浙江杭州 310014;浙江树人大学生物与环境工程学院, 浙江杭州 310015;浙江工业大学海洋与环境化工研究所, 浙江杭州 310014;浙江工业大学海洋与环境化工研究所, 浙江杭州 310014;浙江工业大学海洋与环境化工研究所, 浙江杭州 310014【正文语种】中文超疏水表面一般是指水的接触角大于150°，滚动角小于10°的表面[1]。
超疏水表面在自清洁[2]、防腐减阻[3-4]、防冰[5]、油水分离[6]等领域有着广阔的应用前景，越来越受到人们的广泛关注。
研究表明：固体表面的化学组成和微观粗糙结构是决定固体表面润湿性的两个关键因素。
通常超疏水表面的制备途径有两种：一是在具有低表面能的疏水性材料上构建粗糙结构；二是在粗糙表面上用低表面能物质修饰[7]。
近几年来，由石油工业、纺织业、食品工业及近海石油泄漏事故引起的全球环境问题频发，处理油污染是一项紧急而艰巨的任务。
相对于传统的重力分离、浮选、离心和电化学等方法[7]，超疏水材料表现出极大的优势，分离效率明显提高。
本文简要论述了超疏水的理论基础，对超疏水材料在油水分离领域的研究应用进行了综述。
超疏水材料在油水分离中的研究进展
|专论与综述|超疏水材料在油水分离中的研究进展卢笛，悅磊#(天津工业大学材料科学与工程学院，天津+00387)摘要:石油工业产生的采出水对环境是一个重大的问题，也是对水资源的一种浪费。
油田采出水中存在大量的油，为了保护环境和节约 水资源，我们可以对其进行回收再利用。
受到大自然的启发，仿生超疏水材料应用到了油水分离领域。
在这篇综述中，主要关注在油水 分离应用中超疏水材料的研究进展。
基本上都是通过对表面化学成分和表面形貌之间的协同作用实现基材的超疏水特性。
将超疏水 材料根据其除油方式的不同分为超疏水过滤材料和超疏水吸附材料两大类，并分别展开详细的介绍了超疏水过滤材料的各种基材包括 金属网、纺织物、聚合物膜等，超疏水吸附材料的各种基材如粉末颗粒、海绵泡沫、气凝胶等，简单的介绍了材料的制备方式，油水分离的效率以及各种材料的优势、劣势。
最后总结了过滤材料和吸附材料在油水分离领域中存在的一些挑战，并对未来发展方向进行了展望。
关键词:超疏水;基材;油水分离中图分类号:T Q028.8 文献标识码：A文章编号：1008-021X(2021 #01-0074-04Research Progress of Superhydrophobic Materials in Oil-Water SeparationLu Di，Ni Lei#(School of Materials Science and Technology，Tianjin Polytechnic University，Tianjin300387，China)Abstract&Produced water from the oil industry is a major problem for tlie environment and a waste of water resources.There is a large amount of oil in the produced water of the oil field.In order to protect the environment and save water resources，we can separate and recycle it.Inspired by nature，bionic superhydrophobic materials have been applied to th efield of oil- water separation.In this review，the research progress of superhydrophobic materials in o il-water separation applications is mainly concerned.The superhydrophobic properties of the substrate are basically realized through the synergistic effect between surface chemical composition and surface morphology.The superhydrophobic materials are divided into two major categories& superhydrophobic filter m aterials and superhydrophobic adsorption materials according to their degreasingmethods，and the various substrates of s uperhydrophobic filter materials including metal mesh，textiles，and polymer materials are introduced in detail.The various substrates of superhydrophobic absorbent materials，such as powder particles，sponge foam，aerogel and so on，are briefly introduced the preparation methods of the materials，the efficiency of oil-water separation，and the advantages and disadvantages of various m aterials.Finally，some challenges in the field of oil and water separation of filtration materials and adsorbents materials are summarized，and the future development direction is prospected.K ey w ords:superhydrophobic%substrate%oil- w ater separation受到自然界许多动植物的启发，如荷叶[1]、水黾[2]等，超疏 水材料应运而生。
纳米材料的疏水性能及其应用研究
纳米材料的疏水性能及其应用研究当我们谈到纳米材料时，我们通常会想到它们的高强度、高导电性以及其他许多有用的特性。
然而，纳米材料的疏水性能也是一个非常重要的方面。
在本文中，我们将介绍纳米材料的疏水性能及其应用研究。
1. 纳米材料的疏水性能疏水性是指材料对水的亲水性质的抵抗，也就是表面对水的抵挡能力。
在纳米材料中，这种性质通常是由于表面的微观结构所引起的。
纳米材料的疏水性能通常被描述为接触角，也就是水在材料表面的角度。
如果材料表面越疏水，那么水滴通常会聚成球形，而不是扩散开来。
这是由于材料表面会产生一种叫做极性的力，与水分子之间的相互作用力相对较弱。
当水滴接触到该表面时，它们倾向于取回自己的形状，从而形成一个球形。
2. 纳米材料的疏水性应用纳米材料的疏水性广泛应用于一系列领域，包括涂层、纺织品、生物医学器械、以及环境净化。
其中一些应用的例子如下：（1）涂层。
纳米材料的疏水性使得它们成为优秀的涂层材料。
例如，将纳米二氧化硅添加到油漆中，可以显著提高油漆的耐水性能。
（2）纺织品。
通过将纳米细胞纤维素（NFC）添加到棉布中，可以使该棉布变得高度疏水。
这种纳米棉布可用于制造高度防水材料，例如皮卡和帐篷。
（3）生物医学器械。
纳米材料的疏水性能对于生物医学器械的生产也至关重要。
例如，在人工骨骼上涂覆纳米碳纤维可以提高其表面的亲水性，从而促进与人体的接触。
（4）环境净化。
纳米材料的疏水性对于防止水污染也很有用。
例如，在雨水管内涂上纳米涂层，可以防止水滴附着在管道表面上，从而减少管道内的水污染。
3. 总结纳米材料的疏水性能是一类富有前途的属性，其应用范围广泛。
通过掌握纳米材料的特性以及其在各个领域的应用，我们可以更好地为我们社会的发展做出贡献，达到可持续发展的目标。
超疏水涂层微纳米材料可控合成及应用研究
超疏水涂层微纳米材料可控合成及应用研究一、概述超疏水涂层微纳米材料是指在材料表面形成的一种具有极强疏水性能的特殊涂层，其表面能极低，使得水珠在其表面呈现出高度的球形，与其表面接触的接触角大于150°，使得水珠在其表面上几乎不会留下痕迹。
超疏水涂层具有优异的抗粘性和自清洁性，因此在汽车玻璃、建筑材料、纺织品等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在介绍超疏水涂层微纳米材料可控合成的研究现状和应用前景。
二、超疏水涂层微纳米材料合成技术1. 化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积法是一种常用的超疏水涂层微纳米材料合成技术，通过将含有相应金属或氧化物前驱体的气体输入反应室，经过热解反应在基底表面沉积出纳米级的超疏水材料。
该方法可以实现对材料组分、结构和形貌的精确控制，形成具有特定性能的超疏水涂层微纳米材料。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种将含有金属离子或其他前驱体的溶液先制备成溶胶，然后通过加热或化学反应促使其中的物质发生凝胶化，最终得到超疏水涂层微纳米材料的方法。
该方法简单易行，能够实现大面积均匀的涂层覆盖。
3. 电化学沉积法电化学沉积法是一种利用电解池在基底表面沉积出所需材料的方法，通过控制电极电势、电流密度以及电解液成分可以精确调控涂层的组分和结构，实现超疏水特性。
4. 其他新技术除了上述常用的合成技术，还有一些新的技术不断涌现，如等离子体辅助化学气相沉积法、模板法、离子束辅助沉积法等，这些新技术为超疏水涂层微纳米材料的合成提供了更多的选择和可能性。
三、超疏水涂层微纳米材料在汽车领域的应用超疏水涂层微纳米材料在汽车领域具有广泛的应用前景。
涂覆超疏水涂层微纳米材料的汽车玻璃可以有效抵抗雨水和污垢的侵蚀，使驾驶者在雨天视野更加清晰，提高行车安全性。
涂覆超疏水涂层微纳米材料的汽车车身可以减少灰尘、泥浆等污垢的附着，减少清洗和维护的频率和成本。
超疏水涂层还可以应用于汽车轮胎和底盘部件，减少泥浆和水花的粘附，延长汽车的使用寿命。
超疏水、高强度石墨烯油水分离材料的制备及应用
超疏水、高强度石墨烯油水分离材料的制备及应用邱丽娟;张颖;刘帅卓;张骞;周莹【摘要】通过绿色环保的表面修饰方法,采用氧化石墨烯(GO)对双亲的三聚氰胺海绵(MS)进行表面改性,制备了超疏水的还原氧化石墨烯/三聚氰胺海绵(RGO-MS).采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及扫描电子显微镜(SEM)对制备的RGO-MS进行了结构、形貌和组分分析,并对其机械性能、疏水性、吸附性能、循环使用和连续油水分离性能进行了研究.实验结果表明,还原氧化石墨烯涂层和海绵骨架紧密相连;RGO-MS对水上浮油和水下重油均具有优异的吸附能力,并且在完成50次吸附-挤压循环测试之后仍保持90％以上的吸附能力,对静止和搅拌情况下的油水混合物的分离效率分别高达4.5×106和3×106L/(m3·h).因此,RGO-MS在处理油脂和有机物泄漏造成的大面积污染方面有着巨大的应用前景.【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2018(039)012【总页数】9页(P2758-2766)【关键词】还原氧化石墨烯/三聚氰胺海绵;超疏水;吸附性能;油水分离【作者】邱丽娟;张颖;刘帅卓;张骞;周莹【作者单位】西南石油大学,油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学,材料科学与工程学院,新能源材料及技术研究中心,成都610500;西南石油大学,油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学,材料科学与工程学院,新能源材料及技术研究中心,成都610500;西南石油大学,材料科学与工程学院,新能源材料及技术研究中心,成都610500;西南石油大学,材料科学与工程学院,新能源材料及技术研究中心,成都610500;西南石油大学,油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学,材料科学与工程学院,新能源材料及技术研究中心,成都610500【正文语种】中文【中图分类】O648原油和有机溶液的泄漏及日常用油的排放不仅会对水资源造成巨大的污染, 还给人类带来不可估量的经济损失, 严重危害生态系统和人类健康[1～3]. 2018年“桑吉”轮事故导致近十几万吨的凝析油和几千吨燃油泄漏, 其中一部分沉入海底, 在海底形成持续漏油点, 对海洋生态环境造成巨大的破坏. 由于漏油点在水面以下, 溢油波及范围广, 因此, 从广袤的海洋中对溢油进行后续处理具有极大难度, 也使得从大面积水中分离出油类及有机物成为一个世界性的难题[4]. 目前, 油污处理方法主要包括物理吸附法、燃烧法、化学分散法和生物降解法等[5,6], 其中物理吸附是一种简单可行、安全可靠且无二次污染的方法[7], 但传统的吸附材料, 如活性炭、吸油毡、沸石及棉纤维等存在吸附量低、循环性差、后续处理难及无选择吸附特性等缺陷, 无法吸附水中悬浮的油脂. 为了解决水体净化问题, 各种新型材料被应用于油水分离过程中, 包括纳米纤维、碳纳米管和微孔的聚合物海绵[8,9], 石墨烯气凝胶(GA)及其它先进材料等[10～13]. 尽管这些吸附材料具有很好的吸附能力, 但如何实现其低成本规模化制备及长时间的循环利用仍然是困扰研究人员的难题. 满足油污处理实际应用要求的吸附材料不仅要求形状可控和吸附能力强, 还需要具备低廉的生产成本、良好的循环使用性能、规模化的生产过程及快速连续的油水分离性能, 因此对吸附材料提出了极高的要求.近年来, GA因具有三维网状结构、超大的比表面积、良好的导电率、优异的疏水性和极高的吸附性能, 而在油污处理领域受到广泛关注[14～20]. 但其机械韧性还不足以满足实际应用的要求, 在机械力的作用下容易造成不可逆的损坏; 高成本也制约了其大规模实际应用. 商业化的三聚氰胺海绵(MS)及聚氨酯海绵兼具良好的韧性、高弹性、高吸附量和低成本等优点, 可以弥补GA的不足, 但它们却不具备选择吸附特性. Chang等[9]采用聚乙烯亚胺和氧化石墨烯(GO)修饰商业海绵, 加入肼还原剂后于95 ℃反应3 h, 随后浸泡在20%的苯基三甲氧基硅烷中以增强其疏水性能和吸油能力. Xiao等[21,22]利用MS和石墨烯的协同效应, 用石墨烯对MS 进行表面改性, 从而得到具有选择吸附性能的吸附材料; 并将包覆GO的MS海绵在80 ℃下用肼蒸气还原24 h, 制得疏水的吸附材料. Zhu等[22]将GO涂覆在自制的MS上, 于180 ℃加热6 h得到超疏水材料. San-Miguel等[23]在N2氛围下将商业MS加热到500～600 ℃高温退火来进行表面修饰. 但这些石墨烯修饰海绵的方法多数制备步骤繁琐或者能耗较高, 有些还会用到毒性较大的肼等物质. 通常还需要将基底与碳纳米管(CNT)[24]、炭黑[25]、聚偏二氟乙烯[26]或FeOOH[27]进行复合或修饰, 这也会增加吸附材料的制备成本. 此外, 将吸油材料与真空泵、循环泵等动力设备组合进行快速、连续的油水分离鲜见报道.为了增强石墨烯与海绵基底的结合强度, 同时降低能耗、减少对环境的污染, 本文采用绿色环保的表面修饰方法, 使GO在MS表面自组装形成还原氧化石墨烯(RGO)涂层, 紧密包覆在MS骨架上, 制得超疏水亲油的还原氧化石墨烯/三聚氰胺海绵(RGO-MS), 并对其微观形貌结构、疏水性能、机械性能、循环使用和吸附性能进行了表征; 将RGO-MS与真空泵和一些分液装置组合, 实现了连续的油水分离而且具有较高的分离效率, 这种方法可以节约劳动力、降低成本, 对环境也更加友好, 在水体净化、油污回收等环保领域有着广泛的应用前景.1 实验部分1.1 试剂与仪器鳞片石墨(32目), 青岛恒利德石墨有限公司; 浓硫酸、浓硝酸、盐酸、硫代硫酸钾、五氧化二磷、高锰酸钾、双氧水、 L-抗坏血酸、甲苯、正己烷、四氯化碳和二甲苯均为分析纯, 成都市科龙化工试剂厂; 调和油, 四川嘉里粮油工业有限公司; 玉米油, 山东三星玉米产业科技有限公司; 橄榄油, 中粮食品营销有限公司; 汽油, 中国石油化工集团有限公司; 真空泵油, 浙江宁波联亚化工有限公司; 三聚氰胺海绵, 成都嘉思登科技有限公司.X’Pert Pro型X射线衍射(XRD)仪, 荷兰帕纳科公司, Cu Kα射线, 加速电压和电流分别为40 kV和40 mA, 扫描步长0.02°/s; IDRaman Micro IM-52型拉曼光谱仪, 上海Oceanoptics公司; Nicolet 6700型傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪, 美国Thermo Scientific公司; EVO-MA15型扫描电子显微镜(SEM), 德国卡尔蔡司公司; OCA 25型号光学接触角测试仪, 德国Dataphysics公司; CMT4304型微机控制电子万能试验机, 深圳美斯特工业系统有限公司.1.2 氧化石墨烯(GO)的制备采用改进的Hummers法制备GO[28,29]. 将150 mL浓硫酸、 50 mL浓硝酸和5 g天然鳞片石墨依次加入到500 mL圆底烧瓶中, 室温下搅拌24 h, 再缓慢加入1 L超纯水稀释, 过滤、洗涤反应产物, 干燥后得到石墨粉. 将石墨粉、 300 mL浓硫酸、 6.2 g五氧化二磷和4.2 g硫代硫酸钾加入圆底烧瓶中, 于80 ℃搅拌反应5 h, 然后缓慢加入超纯水稀释, 过滤、洗涤、干燥得到预氧化的膨胀石墨. 将上述产物与200 mL浓硫酸混合后, 在低于15 ℃的条件下缓慢加入15 g高锰酸钾, 升温至35 ℃, 搅拌2 h, 加入2 L超纯水和10 mL 30% H2O2至溶液呈现亮黄色, 加入稀HCl洗涤, 再用超纯水反复洗涤, 直到pH值接近中性, 标定产物后配制成1mg/mL的GO溶液备用.1.3 RGO-MS的制备将50 mL 1 mg/mL的GO溶液加入100 mL烧杯中, 搅拌下加入200 μL L-抗坏血酸溶液(质量分数25%), 搅拌30 min, 将MS置于GO溶液中浸渍20 min, 期间用超声辅助浸渍, 浸渍完毕, 将包裹GO溶液的MS转移到反应釜(烧杯、表面皿或玻璃瓶)中, 封口后于80 ℃反应3 h. 将反应产物在水中浸泡48 h后, 经冷冻干燥得到RGO-MS.1.4 吸油性能测试将一定质量的RGO-MS分别浸渍到多种有机溶剂和油脂(甲苯、正己烷、四氯化碳、二甲苯、调和油、玉米油、橄榄油、汽油及泵油)中, 10 min后取出, 待无油品滴落时称重, 吸附能力(Qwt, g/g)用下式计算:Qwt=(m1-m0)/m0(1)式中: m0和m1(g)分别为吸附前后的质量.1.5 接触角测试将4 μL水滴滴到样品表面, 待液滴不再变化后, 记录液滴的图像, 利用Young-Laplace方程计算液滴的静态接触角. 通过注射器将4 μL水滴滴到样品表面, 然后将针头插在水滴的正中央, 缓慢注入3 μL水, 4 s后再将3 μL水抽出, 全程记录液滴的图像, 通过接触角测试仪计算得出前进角和后退角的差值, 即动态接触角/接触角滞后.1.6 吸附-挤压循环实验将一定质量的RGO-MS浸渍到正己烷和泵油中, 10 min后取出, 称重, 用钢尺将海绵压缩到原来高度的一半, 挤出吸附的油品, 之后再次浸渍于正己烷和泵油中, 重复上述步骤50次, 通过式(1)计算其吸附能力[29].1.7 连续油水分离实验通过自组装的连续分离装置对正己烷/水混合物进行浮油/水选择性分离实验[14,30,31]. 将RGO-MS放入多孔塑料管中, 用管子将真空泵和瓶子相连, 在真空驱动下, 利用RGO-MS选择吸附特性实现油水分离:Qt=(V1-V0)/(VRGO-MS·t)(2)式中: Qt[L/(m3·h)]为分离效率; V0和V1(L)分别为吸附前后油水混合物的体积; VRGO-MS(m3)为RGO-MS的体积; t(h)为将油脂吸附完全所用时间.对于重油/水的连续分离实验, 将RGO-MS放置在订制的分液漏斗的下面并用纱布固定, 将油水混合物加入分液漏斗中, 打开旋塞后在重力的驱动下实现水下重油和水的分离.2 结果与讨论2.1 X射线衍射(XRD)分析Fig.1 XRD patterns of MS(a) and RGO-MS(b)图1为MS和RGO-MS的XRD图. 可见, MS和RGO-MS均具有非晶结构, MS 具有2θ=11.1°和2θ=23.1°处的2个特征峰; 当MS骨架包覆RGO之后, MS在2θ=11.1°处的特征峰被掩盖, 仅保留石墨相2θ=23.8°处(002)面的特征峰, 表明MS骨架包覆了一层RGO.2.2 拉曼光谱分析由MS, GO-MS和RGO-MS的拉曼光谱谱图[图2(A)]可见, MS在975 cm-1处有明显的三嗪环特征峰, 当包覆一层GO和RGO涂层后, 该峰消失, 同时出现2个新的特征峰, 分别位于1316 cm-1(D峰)和1590 cm-1(G峰)处, 证明MS已经被完全包裹. 根据文献[32]报道, G峰是石墨的1个特征峰, D峰是与石墨结构中的缺陷相关的特征峰, 当六方网环结构层的有序度和规整度降低, 缺陷增多, 引起G峰宽化和D峰增强. 由图2(A)可见, RGO-MS中的ID/IG峰的强度高于GO-MS, 表明GO已被还原, 但仍然存在着结构的缺陷[32～35].Fig.2 Raman(A) and FTIR spectra(B) of MS(a), GO-MS(b) and RGO-MS(c) 2.3 红外光谱分析为了研究表面修饰过程中样品表面官能团的变化, 通过红外光谱对MS, GO-MS和RGO-MS进行了表征. 图2(B)为MS, GO-MS和RGO-MS的红外光谱图, 可见RGO-MS的谱线上1320 cm-1处—OH的吸收峰和1120 cm-1处C—O的吸收峰的强度低于GO-MS, 表明在反应过程中GO被还原, 但仍然保留部分含氧官能团. 此外, MS, GO-MS和RGO-MS均在810 cm-1处出现三嗪环的吸收峰, MS和RGO-MS中三嗪环的峰强无明显变化. 在涂覆GO和RGO之后, MS谱线上994 cm-1处的N—H吸收峰消失, GO-MS在1460 cm-1附近的C—N吸收峰的峰强明显高于MS和RGO-MS, 而RGO-MS中的C—N吸收峰强度则低于MS. 可见, GO和RGO不仅通过简单的物理作用涂覆在MS表面, 而且有化学键的生成. 这是因为GO中的含氧官能团与MS骨架上的—NH—基团发生了反应, 并且GO具有最多的含氧官能团, 除了MS本身的C—N之外, 还生成了较多的C—N键; RGO包覆在MS骨架后, 虽然有C—N生成, 但减少了MS裸露的C—N键, 使得C—N 减少[21,22,34].2.4 形貌分析Fig.3 Optical images of RGO-MS prepared with watch glasses(A) and beaker(B)采用本文方法可以通过不同的反应器皿来制备不同形状及大小的样品. 图3(A)和(B)为分别利用表面皿和烧杯制备的RGO-MS的光学照片, 可实现疏水吸油材料的可控制备. 图4为MS, RGO-MS和RGO-MS的SEM照片. 由图4(A)和(B)可知, MS 和RGO-MS均具有微米级孔径的柔性三维网络状结构, 说明负载一层RGO并未对初始的三维结构造成破坏, 这种疏松多孔结构对吸附油脂和保持海绵良好的韧性起着极其重要的作用. 从微观放大图可以看出, MS的骨架光滑无褶皱, 而负载一层RGO之后则变得粗糙, 类似于包覆了一层蜘蛛网状的膜状物, 表明RGO均匀地涂覆在MS骨架上. 图4(C)和(F)为RGO-MS在挤压弯曲后的SEM照片. 可以看出, 在挤压弯曲后, RGO-MS的孔结构依然完整, MS骨架表面负载的RGO并未脱落, 表明RGO-MS的抗压缩弯曲性能较好.Fig.4 SEM images of MS(A, D), GO-MS(B, E) and RGO-MS(C, F) after 30 squeezing and 20 twist tests Insets: the photographs of the corresponding sponges.2.5 机械性能RGO-MS的压缩应力-应变曲线[图5]呈现非线性、闭合的环状, 压缩曲线和回弹曲线无重合, 这是因为形变落后于应力变化而产生的滞后现象. 在压缩初期, 主要是RGO-MS内部的气泡因压缩而产生应变, 此时压缩应力较低, 应力曲线斜率也较低; 随着压缩应变逐渐增大, RGO-MS的气泡体积逐渐变小, 最后的压缩应变逐渐转变为RGO-MS的变形承担, 这时应力随应变的增加而急剧增加, 应力曲线斜率变大[36,37]. 当RGO-MS在体积分数为80%时, 可以承受25.2 kPa的压力, 比单纯GA承受更重的压力. 此外, RGO-MS在完成ε=50%的100次压缩循环后, 仅显示出轻微的塑性形变, 呈现出极好的循环性能和良好的机械性能. 从图5插图还可以发现, RGO-MS具有极好的韧性, 经过随意挤压和扭曲后仍能保持自身良好的形状. 从图4(C)可以发现, RGO-MS在经过30次的挤压和20次的扭曲测试之后, 仍然保持着三维网络结构, 而且从放大图可知, 骨架周围仍然包覆着RGO涂层, 表明RGO紧密地涂覆在MS骨架上, 不会因为挤压和扭曲而脱落.Fig.5 Compressive stress-strain curves of RGO-MS with different set strain of 40%, 60%, 80%, respectively(A) and cyclic compressive stress-strain curves of RGO-MS at 60% strain(B)Insets: the process of compressiontext(A) and the photograph of the twisted RGO-MS(B).2.6 润湿性由图6(A)和(B)可见, 经过改性后双亲的MS变成了疏水亲油的RGO-MS. 在图6(B)中, 很多水滴站立在RGO-MS表面并保持球形, 当油滴接触到RGO-MS表面会被瞬间吸收, 表明RGO-MS具有疏水亲油特性. 通过光学接触角测试仪测得RGO-MS对水的静态接触角为(163±10)°[图6(C)], 但超疏水的表面不仅要求静态疏水角>150°, 还需要具备动态接触角<10°的特性[7], 实验测得RGO-MS对水的动态接触角约为6°, 表明RGO-MS具备超疏水特性(图7), 其疏水性优于大多文献中报道的吸附材料(见表1). 这种疏水性是由RGO涂层的疏水性和海绵表面微纳米级的粗糙度协同作用所致.Fig.6 Optical images of static water droplet on the surface of MS(A) and RGO-MS(B, C) (C) Enlarged image of static water dropcet on the surface of RGO-MS.Fig.7 Dynamic contact angles test of water droplet on RGO-MS Volume of water droplet: (A) 4 μL; (B) 7 μL; (C) 4 μL.Table 1 Comparison of adsorption capacity of various adsorbentsAdsorbentContact angle/(°)Qwt/(g·g-1)Adsorption rate/(L·h-1)Cycle timeRef.RGO-MS163±1062—12018>50This workPEI/RGO-Polyurethane95.826.9—8.830[9]RGO114±220—86>10[17]GO-CNT147.6±221—3568[30]PDMS-graphene126.62—895[31]RGO135100—280<65[38]Nanodiamond- Polyurethane150±23—6010[39]RGO-MS15457—11220[40]2.7 吸附性能图8(A)示出了RGO-MS对不同油品的吸附量测定结果, 可见多孔的RGO-MS对不同的油脂和有机物均具有良好的吸附能力, 其对甲苯、正己烷、四氯化碳、二甲苯、调和油、玉米油、橄榄油、汽油和泵油的吸附量分别为72, 62, 120, 77, 105, 100, 92, 74和107 g/g. 除吸附能力外, 吸附材料的循环使用性能也是评价吸附材料的重要指标. 3种循环再利用的方法包括燃烧、蒸发和挤压, 其中, 挤压循环是一种简单且可以实现回收再利用油脂的方法, 同时不会造成二次污染. 因此, 本文采用吸附-挤压循环来评价RGO-MS的循环使用能力.Fig.8 Adsorption capacity towards oil and organic solvents over RGO-MS(A) and recycling adsorption performance towards hexane and pump oil over RGO-MS(B) Insets in (B) are the photographs of adsorption-squeezing process over RGO-MS.从图8(B)可以看出, RGO-MS被挤压到不足高度的1/2以挤出吸附的泵油, 当泵油被重新滴到RGO-MS表面时, RGO-MS迅速恢复到原来的高度; 经过50次吸附-挤压循环后, RGO-MS依然保持原有的形状和较高的吸附能力, 第50次的吸附量高达其初始吸附量的96.4%(泵油)和92%(正己烷), 表明RGO-MS具有良好的机械强度和循环再利用特性. 以MS(ρ约为5.5 mg/cm3)为基底制备的RGO-MS(ρ约为8.4 mg/cm3)与单纯的GA(ρ约为9.1 mg/cm3)[14]相比, 不仅机械性能有所提升, 而且在吸附相同质量油脂的同时, 制备RGO-MS消耗的GO减少了, 生产成本也降低了.Fig.9 Selective adsorption of RGO-MS for floating oil(pump oil)(A) and underwater heavy oil(phenixin)(B)RGO-MS除了具有良好的吸附能力, 还具良好的选择吸附性. 由图9(A)可见, RGO-MS有选择地吸附了漂浮在水面上的泵油, 从而实现水上油脂和水的分离. 同样, 当RGO-MS接近水下被油红染红的CCl4时, 可以在1 s内迅速吸收CCl4液滴[图9(B)]; 同时发现, 未吸附CCl4的RGO-MS表面仍然有一层致密的微小气泡, 表明RGO-MS即使被放置在水面以下, 仍然保持着自身良好的疏水特性. 由此可见,RGO-MS可以容易地实现水体净化, 在油水分离的环保领域具备极大的潜力.2.8 连续油水分离性能Fig.10 Change of non-turbulent floating oil liquid level in continuous oil-water separation process with RGO-MS at different time Time/s: (A) 0; (B) 5; (C) 10; (D) 20.Fig.11 Change of turbulent floating oil liquid level in continuous oil-water separation process with RGO-MS at different time Time/s: (A) 0; (B) 5; (C) 20; (D) 30.Fig.12 Change of heavy oil liquid level in continuous oil-water separation process with RGO-MS at different time为了达到从大面积的水中分离出油脂的目的, 利用真空驱动的连续分离系统来实现油水混合物的高效分离. 在超疏水亲油的RGO-MS吸附正己烷后, 通过真空驱动力将吸附的正己烷收集起来, 以实现连续不断的吸附. 由图10可见, 在静止油水混合物中, 100 mL正己烷在20 s内被吸附完全, 然而烧杯中的水位保持不变, 实现了真正意义上的油水分离. 这种分离手段不仅节省了劳动力和时间、减低成本, 还提高油水分离效率. 为了接近实际情况, 在连续吸附过程中加入磁力搅拌来模拟油水混合物的湍流状态(图11). 即便油水混合物在激烈搅拌的情况下, RGO-MS可以在30 s内将100 mL的正己烷完全从水中除去, 并且不吸水, 表明即使在恶劣情况下, RGO-MS因其自身良好的超疏水亲油特性和机械强度仍然可以很好地完成油水分离. 在静止和湍流的油水体系中, 4 cm3的RGO-MS每小时分别可以选择性地吸附18 L和12 L正己烷, 由式(2)计算得出在静止和湍流情况下的分离效率分别可达4.5×106和3×106 L/(m3·h), 充分显示了RGO-MS优异的选择吸附能力. 表1给出本文制备的RGO-MS与其它吸附材料的吸附数据, 可见, RGO-MS的吸附能力、疏水性和循环性能得到了极大的提高, 在油水混合物的快速处理方面具有很大的潜力.对于吸附材料来说, 实现连续、有选择性的吸附水下重油更是面临的极大挑战, 这要求吸附材料必须具备选择吸附特性以及高的机械强度, 才能保证在重油分离的过程中不会被损坏. RGO-MS因其自身优异的性能可用作重力驱动下的重油/水混合物分离的分离膜, 由图12可见, RGO-MS膜只允许水下的油脂CCl4通过, 从而利用重力驱动实现了重油/水混合物的连续分离. 这2种连续分离方法便于回收大量的油脂以及循环再利用, 可以快速高效地解决油水污染问题, 并不产生二次污染.3 结论通过浸渍法将GO包覆在MS骨架上, 利用低温、绿色还原剂使GO还原成RGO并紧密地包覆在MS骨架上, 制备了超疏水亲油的RGO-MS. RGO-MS对多种有机物和油脂具有良好的吸附能力(62～107 g/g), 并具有良好的循环使用性能, 在完成50次吸附-挤压循环之后仍保持90%以上的吸附能力. RGO-MS对水上浮油和水下重油均具有优异的吸附能力, 且可以实现连续分离; 在静止和湍流的浮油/水体系中, 其分离效率分别可达4.5×106和3×106 L/(m3·h). 因此, RGO-MS在处理油脂和有机物泄漏造成的大面积污染方面具有巨大的应用前景, 其简单的制备方法、良好的吸附性能、优异的循环使用性能和高效快速油水分离使RGO-MS大规模应用在实际油污处理中成为可能.参考文献【相关文献】[1] Schrope M., Nature, 2011, 472(7342), 152—154[2] Ivshina I. B., Kuyukina M. S., Krivoruchko A. V., Elkin A. A., Makarov S. O., CunninghamC. J., Peshkur T. A., Atlas R. M., Philp J. C., Environ. Sci.: Processes Impacts, 2015, 17,1201—1219[3] Dubansky B., Whitehead A., Miller J. T., Rice C. D., Galvez F., Environ. Sci. Technol., 2013, 47(10), 5074—5082[4] Joye S. B., Science, 2015, 349(6248), 592—593[5] Zahed M. A., Aziz H. A., Isa M. 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纳米纤维素基超疏水材料的制备及其应用研究
博士学位论文纳米纤维素基超疏水材料的制备及其应用研究作者姓名余成华学科专业生物质科学与工程指导教师付时雨教授所在学院轻工科学与工程学院论文提交日期2017年6月Preparation and Application of Nanocellulose-based Superhydrophobic MaterialsA Dissertation Submitted for the Degree of Doctor of PhilosophyCandidate：Chenghua YuSupervisor：Prof. Shiyu FuSouth China University of TechnologyGuangzhou, China分类号：TS7 学校代号：10561 学号：201410104665华南理工大学博士学位论文纳米纤维素基超疏水材料的制备及其应用研究作者姓名：余成华指导教师姓名、职称：付时雨教授申请学位级别：工学博士学科专业名称：生物质科学与工程研究方向：植物资源化学与生物质转化利用论文提交日期：2017 年6 月28 日论文答辩日期：2017 年9 月14日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：胡传双教授委员：万金泉教授、谌凡更研究员、祁海松教授、付时雨教授摘要自然界中存在许多的超疏水现象，其本质是：表面具有微纳双重粗糙结构以及低的表面能，因此利用仿生原理来设计构建新型超疏水材料是近年来研究热点之一。
由于超疏水材料在工业和日常生活中具有较大应用前景，因此本论文主要以纳米纤维素为原料进行结构设计制备了纳米纤维素基超疏水多种功能材料，为纳米纤维素的高值化利用提供可能途径。
（1）木质纤维原料中不仅可以提取出纳米纤维素，在提取纳米纤维素之前，还需要分离出木质素，也是一种生物质资源，因此在第二章中研究了木质素基水凝胶及纳米纤维素气凝胶两种吸附材料在废水处理中的应用。
超疏水功能界面的制备及应用
超疏水功能界面的制备及应用一、概述超疏水功能界面，也称为超疏水表面或荷叶效应表面，是一种具有特殊润湿性质的材料表面，其接触角大于150，滚动角小于10，显示出极强的水排斥性。
自然界中，如荷叶、水黾足等生物表面就具有这种超疏水特性，使得水滴在其表面难以停留，容易滚动。
近年来，随着纳米技术的飞速发展，人工制备超疏水功能界面的研究取得了显著的进展，其应用领域也日益广泛。
超疏水功能界面的制备通常涉及低表面能物质的修饰和微纳米结构的构建。
低表面能物质如氟硅烷、长链烷烃等可以通过降低表面张力，使水滴在材料表面难以铺展。
而微纳米结构则可以通过捕获空气，形成一层气垫，进一步增强表面的疏水性。
超疏水功能界面在多个领域具有广泛的应用前景。
在防水材料领域，超疏水表面可以有效提高材料的防水性能，延长使用寿命。
在自清洁材料领域，超疏水表面可以轻易去除表面的水滴和污渍，实现自清洁效果。
超疏水功能界面在油水分离、抗腐蚀、抗结冰、生物医学等领域也具有潜在的应用价值。
本文旨在综述超疏水功能界面的制备方法、性能表征以及应用领域，为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
同时，本文还将探讨当前超疏水功能界面研究中存在的问题和挑战，展望未来的发展方向。
1. 阐述超疏水功能界面的概念及特点超疏水功能界面是一种特殊的表面结构，具有极高的水接触角和极小的滚动角，使得水滴在表面上难以润湿和附着。
这种独特的性质赋予了超疏水功能界面许多引人注目的特点和应用潜力。
超疏水功能界面的水接触角通常大于150，有时甚至接近180，这意味着水滴在接触表面时会迅速弹起，形成类似于荷叶上的“水珠”现象。
这种超疏水性来源于表面的微观结构和化学组成，通过调控表面的粗糙度和引入低表面能物质，可以实现从亲水到超疏水的转变。
超疏水功能界面具有自清洁效应。
由于水滴在超疏水表面上难以停留，因此灰尘、泥土等污染物在表面上的附着力也会被大大削弱。
当水滴滚落时，可以轻易地将这些污染物带走，从而实现表面的自清洁。
超疏水材料在油污治理中的应用研究
超疏水材料在油污治理中的应用研究近年来，油污治理成为了环境保护的一个重要领域。
由于石油的广泛应用以及工业生产中的石油泄漏等不可避免的事故，油污对环境造成了巨大的危害。
因此，寻找高效可靠的油污治理方法成为了迫切的需求。
超疏水材料的出现给油污治理带来了新的可能。
超疏水材料，顾名思义，是指具有超级疏水性质的材料。
疏水性是指在物体表面形成的水珠可以在表面上滚动而不渗透。
超疏水材料通过特殊结构和化学成分的设计，可以实现高度的疏水性，能够排斥水分子并阻止其在材料表面的渗透，使油类物质无法与材料表面产生相互作用。
超疏水材料在油污治理中的应用可以分为两个方面：吸附分离和污染源监测。
对于吸附分离方面来说，超疏水材料的疏水性质使其能够吸附油类物质而不吸附水分子。
这使得超疏水材料可以被用来制作油水分离材料，有效地从油水混合物中分离出油污。
同时，超疏水材料的高疏水性还使其能够在水中形成油滴，并使油滴在水中保持较长的时间，方便后续处理。
该方法具有无污染、低成本等优势，可以用于海洋、河流等大面积的油污治理。
另一方面，超疏水材料还可以应用于油污源的监测。
由于超疏水材料对油类物质具有高度的选择性，可以将其用作油污监测材料。
当超疏水材料与油污接触后，油污会在材料表面形成油滴，而水分子则无法渗透进入。
通过测量油滴的大小、数量等特性，可以定量分析油污的浓度和污染程度。
这种方法不仅可以用于工业生产现场的油污监测，还可以应用于海洋泄漏等紧急事件的快速监测。
超疏水材料的研究和应用仍处于起步阶段，但已经取得了一些重要的进展。
研究人员通过调控材料表面的微观结构、化学成分等因素，不断提高超疏水材料的性能和稳定性。
例如，一些研究团队利用纳米结构的设计，成功制备了一种可以在水下高效吸附油污的超疏水材料；另一些研究表明，引入表面纳米颗粒可以增强超疏水材料对油滴的吸附能力。
这些技术的发展为超疏水材料在油污治理中的应用提供了更多的可能。
总结起来，超疏水材料在油污治理中的应用具有重要意义。
超疏水材料在液体分离中的应用
超疏水材料在液体分离中的应用近年来，超疏水材料因其独特的性质和广泛的应用前景，引起了科研领域的广泛关注。
超疏水材料不仅具有优异的液体分离性能，还可以在生物医学、环境保护和能源等领域发挥重要作用。
本文将着重探讨超疏水材料在液体分离中的应用，并从两个方面进行阐述。
首先，超疏水材料在油水分离中的应用备受关注。
由于人类工业生产和日常生活中产生大量有机溶液及油性废水，油水分离技术迫在眉睫。
传统的油水分离方法往往无法高效、经济地去除其中微小颗粒和油脂，这使得环境净化难以实现。
而超疏水材料的独特结构和性质为油水分离提供了新的思路。
通过将超疏水材料置于油水混合物中，油水分离科学家发现，油滴会在超疏水材料表面形成球形，并滚落出溶液。
这是因为超疏水材料表面纳米纹理结构使得液体无法与其接触，从而形成气体垫层，实现了油滴的分离。
超疏水材料不仅能高效去除油水污染，还可以实现资源的回收和节约。
这一技术的应用前景十分辽阔。
其次，超疏水材料在液体纯化中的应用也迅速崭露头角。
液体纯化在化工生产中起到重要的作用，但传统的过滤、膜分离等方法费时费力，效率低下。
超疏水材料的出现为液体纯化带来了新的思路。
研究人员通过构建超疏水材料膜，有效去除溶液中的杂质。
具体来说，超疏水材料膜的微纳孔隙可以选择性地分离出特定大小的颗粒或分子，使得溶液得到纯化。
同时，超疏水材料膜具有良好的稳定性和耐腐蚀性，有助于降低生产成本。
因此，超疏水材料膜在化工领域得到了广泛应用，如水处理领域中的海水淡化和废水处理，以及分离纯化生物分子等方面。
当然，超疏水材料在液体分离中的应用还有很大的拓展空间。
例如，在制药工业中，超疏水材料的使用可以提高药物纯度和产率，从而节省生产成本。
此外，超疏水材料还可以应用于电化学和能源领域中的离子分离和电池技术等。
在人们对健康和环境意识提高的背景下，超疏水材料的应用前景十分广阔。
总之，超疏水材料在液体分离中的应用是近年来科研领域的热门话题。
超疏水材料的设计与制备研究
超疏水材料的设计与制备研究近年来，超疏水材料在科学界引起了广泛的关注和研究。
它们具有极高的疏水性能，可以在接触水面时实现水珠自动翻滚，起到了防污、自洁、抗菌等多种功能。
本文将探讨超疏水材料的设计与制备研究，介绍它们的应用前景和潜在难题。
一、疏水性原理超疏水材料之所以具有疏水性能，是因为它们在表面上形成了高度结构化的微观纳米结构。
这些结构使得超疏水材料表面的接触角远远大于90度，导致水滴无法在其上附着，形成水珠自动翻滚的现象。
这些微观结构的形成与材料表面的化学成分和物理结构密切相关。
二、超疏水材料的设计与制备超疏水材料的设计与制备需要从两个方面进行考虑：表面微观结构和化学成分。
在表面微观结构方面，研究者通常采用自组装技术、模板法、刻蚀技术等方法来制备复杂的纳米结构。
而在化学成分方面，通过选择具有低表面能的材料和在表面添加化学改性剂等手段来实现疏水性能。
这些设计与制备方法相互结合，才能够实现超疏水材料的高效制备。
三、超疏水材料的应用前景超疏水材料的应用前景十分广阔。
在实际应用中，它们可以用于防水涂层、自洁表面、油水分离等方面。
比如，在建筑材料中，超疏水涂层可以有效防止水渗透，提高建筑材料的耐久性；在纺织材料中，超疏水纤维可以避免污渍的附着，实现自洁效果；在环境保护中，超疏水材料可以用于油水分离，实现高效的废水处理。
这些应用前景表明了超疏水材料在多个领域中的巨大潜力。
四、超疏水材料研究中的挑战尽管超疏水材料在科学界引起了广泛关注和研究，但在实际应用中仍然面临一些挑战。
首先，超疏水材料的制备过程较为复杂，需要耗费大量的时间和设备。
其次，超疏水材料的耐久性有待提高，长时间的使用会导致微观结构的破坏。
此外，超疏水材料的制备还面临环保问题，如对环境的污染和资源的浪费。
因此，未来研究需要解决这些问题，进一步提升超疏水材料的应用性能。
五、结语随着科学技术的不断发展，超疏水材料的设计与制备研究也在不断取得突破。
它们的应用前景广阔，可以在多个领域中发挥积极作用。
超疏水_超亲油膜的制备及其油水分离性能
超疏水_超亲油膜的制备及其油水分离性能
工业生产和频繁的溢油事故产生大量的含油废水,其高效分离依然面临全球性的挑战。
具有仿生浸润特性的膜可以选择性透过水或油,分离效率高且操作简单而广泛应用于油水分离。
本文通过一步浸渍法将TiO_2纳米颗粒和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)原位固化到不锈钢网上制备了具有微/纳米层级结构的超亲水/水下超疏油油水分离膜。
重点考察了TiO_2/PVP涂覆液浓度(质量分数1%、3%、5%、7%、9%)对膜的浸润特性和油水分离性能的影响。
实验结果表明,不同
TiO_2/PVP浓度改性的膜具有超亲水/水下超疏油特性,水的接触角均为0°,在水中油的接触角达160°,油水分离效率大于99.5%。
膜通量随浓度的增大先减小后增加,当质量分数为3%时膜通量最大为8422.5L/(m^2·h)。
经过30次连续油水分离后,其分离效率仍大于99.5%,表明TiO_2/PVP-SS膜有良好的耐久性和稳定性。
因
此,TiO_2/PVP-SS仿生特殊浸润膜材料在油水分离领域具有经济、高效、环境友好的潜在优势。
超疏水的原理及应用
超疏水的原理及应用一、超疏水的定义超疏水是指具有非常高的液体接触角，即水珠在其表面上能够形成非常接近于180度的接触角度。
超疏水表面具有很高的疏水性，水滴在其表面上无法附着，会形成稳定的球状。
二、超疏水的原理超疏水的原理基于表面微纳结构的设计。
通过在材料表面引入特定的微米或纳米结构，可以改变材料表面的特性，从而实现超疏水效果。
以下是超疏水的两种常见原理：1. 微纳结构原理超疏水表面通常包含许多微米或纳米级的凸起结构。
这些结构可以使水滴在表面上保持悬浮状态，而不与表面产生直接接触。
这种微纳结构能够降低液体在表面上的接触面积，减小表面对液体的吸附力，使水滴迅速脱离表面。
2. 化学剂原理在超疏水表面上，结合微纳结构，还可以使用化学剂改变表面性质，增加疏水性。
这些化学剂可以使水滴在表面上形成球状，从而减少液滴与表面的接触面积和粘附力。
常用的化学剂包括疏水涂层、聚合物以及草酸盐等。
三、超疏水的应用超疏水材料具有许多实际应用的潜力，以下列举了一些主要的应用领域：1. 防污涂层超疏水材料可以用于制造防污涂层，使污垢无法附着在表面上。
这种涂层广泛应用于建筑、船舶、汽车和飞机等领域，可以降低清洁成本，提高表面的耐久性。
2. 自清洁材料超疏水的材料可以让水滴自行滚落，并夹带表面上的污垢一起滚落，实现自清洁作用。
这种材料可以应用于窗户、镜子、屏幕等产品上，减少了清洁的频率和成本。
3. 防冰涂层超疏水材料可以用于防冰涂层的制造。
在低温环境下，水滴无法在超疏水表面上凝结成冰。
这种材料可用于飞机表面、导航标志和建筑物等，提高安全性和效率。
4. 微流体控制超疏水材料与微体系结合，可以用于微流体控制。
通过调整微纳结构和表面化学性质，可以实现微流体的分离、混合和传输等操作。
这种技术对于生物医学、化学分析和微芯片等领域具有重要意义。
5. 油水分离超疏水材料可以用于油水分离的场合。
通过超疏水表面的特性，可以使油滴在水上浮起，实现油水分离的目的。
PTFE表面枝接纳米SiO2制备高效除油的超疏水材料
节能减排石 油 炼 制 与 化 工ＰＥＴＲＯＬＥＵＭＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＡＮＤＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＳ２０２０年８月 第５１卷第８期 收稿日期：２０２０ ０３ ０３；修改稿收到日期：２０２０ ０５ ２０。
作者简介：孙怡坤，硕士研究生，从事化工油水分离方面的研究工作。
通讯联系人：李少萍，Ｅ ｍａｉｌ：ｓｐｌｉ＠ｅｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。
犘犜犉犈µ¶·I 犛犻犗２5`¸¹º'- » ¼½孙怡坤，李少萍（华东理工大学化工学院，上海２００２３７）摘 要：油水分离是工业生产中的重要过程之一，对简单环保的油水分离聚结材料的需求日增。
为了开发新型超疏水材料，以甲基丙烯酸缩水甘油酯（ＧＭＡ）为中间体，使用枝接方法将纳米ＳｉＯ２附着到聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）表面。
Ｘ射线光电子能谱和扫描电镜表征结果表明，纳米ＳｉＯ２均匀地黏附在ＰＴＦＥ表面，大大增加了表面粗糙度，形成了超疏水层。
除油试验结果表明，改性材料具有良好的油水分离性能，耐酸碱、耐盐性好，且具有良好的稳定性和可重复使用性。
新材料制备所用材料来源广泛，与其他技术相容性好，在油水分离工业中具有广阔的应用前景。
关键词：油水分离 纳米ＳｉＯ２ 接枝 超疏水材料 改性石油工业的繁荣促进了化学工业的发展，但同时也带来了大量含油污水的排放，这就要求在进一步进行水处理前必须先除去油相［１ ３］。
传统的油水分离方法如气浮、重选、絮凝、吸附等，效率低，设备复杂，维护困难。
膜分离技术的出现极大地提高了油水分离效率，但其成本高、能耗大、通量低，阻碍了其工业应用。
因此，高效环保的油水分离技术受到广泛关注。
表面粗糙度高的疏水材料具有高效的油水分离能力，近年来引起了人们越来越多的关注［４ ６］。
对荷叶表面［７ ８］的超疏水性和自然界动物［９ １２］独特的表面润湿性的研究，极大地启发了人们制备疏水材料的思路。
纳米材料的仿生学设计和应用
纳米材料的仿生学设计和应用纳米技术的发展为科学家们提供了研究和开发新材料的重要工具。
其中，纳米材料的仿生学设计与应用逐渐成为当今研究的热点之一。
仿生学是指学习生物体结构、功能、过程和机制，并将其应用于人工科技中的一门学科。
通过模仿自然界中的生物系统，科学家们可以创造出更加先进、效率更高的材料，被广泛应用于各个领域。
纳米材料的仿生学设计使科学家们能够从自然界的启发中，开发出各种可控的、功能独特的材料。
例如，通过仿生学的思路，可以设计出具有超疏水性的材料，如莲花叶子的表面，其由微小的纳米结构和微观的微小凹槽构成。
这种仿生设计的超疏水材料可以应用于防水材料、自清洁技术、油水分离和微流控等领域。
在仿生学的研究中，科学家们还利用纳米材料的独特性能开发出一种新型的电池——仿生电池。
仿生电池的设计灵感来自于生物体内的能量转化过程，通过使用纳米材料作为催化剂，电池可以更高效地转化能量。
这种仿生电池在可再生能源领域有着广泛的应用前景，可以用于太阳能电池、燃料电池等领域，提高能源转化效率。
另一个纳米材料的仿生学应用是生物传感器的设计和开发。
生物传感器可以通过检测生物分子来诊断疾病、监测环境污染以及鉴别食品安全问题。
纳米材料的独特表面性质和高比表面积使得它们可以用于增强生物传感器的敏感性和选择性。
通过仿生学设计，科学家们可以模仿生物体内的生物传感过程，并将其应用于纳米材料的设计和制备中，从而提高生物传感器的性能。
此外，纳米材料的仿生学设计也可以在医学领域发挥重要作用。
通过仿生学的思路，科学家们可以设计出纳米材料基因传输系统，用于治疗基因疾病。
这种仿生设计的纳米材料可以有效地将基因传递到细胞内，并实现基因的表达，为治疗基因疾病提供了新的途径。
此外，仿生学设计的纳米材料还可以用于药物的控释和靶向传递，提高药物的疗效和减少副作用。
总体而言，纳米材料的仿生学设计和应用在科学、医学、能源等领域都具有巨大的潜力。
通过模仿自然界的生物系统，科学家们可以创造出各种具有特殊功能和性能的纳米材料。
疏水盘原理
疏水盘原理及应用1. 介绍疏水盘（Hydrophobic Plate）是一种基于疏水效应的微纳米结构材料，具有很多独特的特性和广泛的应用。
疏水盘的基本原理是利用表面微纳米结构的特殊形态，使其具备超疏水性，水滴在其表面上呈现出很强的滚动性，从而实现了液体的快速分离和排除。
疏水盘不仅具有优异的分离性能，而且具备一系列其他优点，如高效性能、低成本、易制备、可重复使用、环保等，因此在许多领域都有广泛的应用，如油水分离、污水处理、微流控芯片、液滴微抓取等。
2. 疏水效应在解释疏水盘的原理之前，我们先来了解一下疏水效应。
疏水效应是指当液体接触到具有疏水性质的表面时，液体会形成球状滚动的水滴而不是附着在表面上。
这是因为疏水表面的能量较高，而水滴为了减小自由能，会以球状的形态最小化表面积，从而尽量减小与疏水表面的接触面积。
3. 疏水盘的制备疏水盘的制备主要依赖于两个关键步骤：表面微纳米结构的制备和疏水性表面的涂覆。
3.1 表面微纳米结构的制备疏水盘的表面具有特殊的微纳米结构，这种结构可以通过多种方法制备，如化学法、物理法、生物法等。
常用的制备方法包括溶液沉积、溶剂挥发、模板法、电化学法等。
以溶液沉积法为例，制备疏水盘的过程如下：1.准备金属或非金属基底材料，如玻璃、聚合物等。
2.制备金属或非金属纳米颗粒的溶液。
3.将基底材料浸泡在纳米颗粒溶液中，使纳米颗粒附着在基底表面。
4.将基底材料取出，经过适当的处理（如烘干、退火等），使纳米颗粒形成均匀的微纳米结构。
3.2 疏水性表面的涂覆制备好的微纳米结构表面通常具有一定的亲水性，为了使其具备超疏水性，需要进行疏水性表面的涂覆。
常用的涂覆方法有化学涂覆、物理涂覆和生物涂覆等。
以化学涂覆法为例，涂覆疏水性表面的过程如下：1.准备疏水性表面的涂覆溶液，如疏水性聚合物的溶液。
2.将微纳米结构表面浸泡在涂覆溶液中，使疏水性聚合物附着在微纳米结构上。
3.将微纳米结构表面取出，经过适当的处理（如烘干、固化等），使疏水性聚合物形成均匀的涂层。
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纳米材料的超疏水性能及其在油水分离中的
应用
近年来，纳米科技在材料领域的发展日新月异。
其中，纳米材料的超疏水性能引起了广泛关注。
超疏水性是指材料对水的接触角大于150°，使水在其表面上呈现出珠状或者类似蜷缩的形态。
这种特殊性质使得超疏水材料在许多领域具有广泛的应用前景，尤其是在油水分离领域。
一、纳米材料的超疏水性能
纳米材料的超疏水性能主要依赖于其表面形貌和化学组成。
表面形貌可通过纳米制备技术调控，例如纳米凹坑、纳米椎状结构等。
化学组成则涉及表面的水亲疏性。
通过在纳米结构表面修饰功能化基团，可以改变材料的表面能，从而实现超疏水性能的调控。
以纳米二氧化硅为例，其超疏水性能可通过改变颗粒间隙大小来调节。
利用溶剂蒸发法制备的纳米二氧化硅，颗粒间隙较大，表面具有微纳结构，形成超疏水表面。
而通过等离子体处理后的纳米二氧化硅，颗粒间隙变小，使得其超疏水性能下降。
这种调控方法为超疏水材料的制备提供了新途径。
二、纳米材料在油水分离中的应用
纳米材料的超疏水性能使其在油水分离领域有着广泛的应用潜力。
传统的油水分离方法主要依靠过滤、沉淀等物理方法，其效率较低且易受到污染物质的影响。
而利用超疏水纳米材料，则可以实现高效、高选择性的油水分离。
一种常见的应用是利用超疏水纳米材料制备油水分离膜。
这种薄膜可以选择性地将水分子通过，而阻隔油分子的渗透，实现油水的分离。
同时，超疏水纳米材料还具有抗沉积、抗污染的特性，能够减少膜的堵塞和清洗次数，提高分离效率。
另一种应用是利用超疏水材料制备油水分离介质。
将超疏水纳米材料与多孔载
体复合，形成具有良好吸附能力的介质。
这种介质可以在水中吸附油分子，实现油水分离。
通过调节纳米材料的选择和含量，可以实现对不同种类油水混合物的高效分离。
三、纳米材料的应用前景
纳米材料的超疏水性能在油水分离领域的应用前景广阔。
除了传统的油水分离外，超疏水材料还可以被应用于排污处理、海洋清洁等领域。
通过纳米材料的设计与制备，可以实现更高效、更环保的厂界油水分离技术，为环境保护事业做出贡献。
同时，纳米材料的超疏水性能也可以运用于其他领域。
例如，超疏水材料可以
用于生物医学领域的组织工程、细胞培养等。
此外，超疏水材料还可以应用于防污涂料、防水材料等，为日常生活带来便利。
总之，纳米材料的超疏水性能在油水分离中的应用前景广阔。
其制备方法多样，功能多样性强，为环境保护和科学研究提供了新的方向。
未来，随着纳米科技的进一步发展，超疏水材料在各个领域的应用将会得到更广阔的探索和发展。