功能仿生材料助力材料综合实验教学——超亲水-水下超疏油膜材料制备及性能评价

随着材料科学与技术的进步,材料综合实验课程需要不断推出适合材料理论发展的实验。基于材料表界面润湿理论,以研究材料表面结构与性能关系为主要切入点进行实验设计,通过植酸与戊二醛络合反应生成亲水性复合物,并通过抽滤方式修饰到PVDF膜表面制得超亲水-水下超疏油PVDF膜材料,采用SEM和红外光谱对改性PVDF膜材料进行表面结构和化学组成表征,采用接触角测量仪对PVDF膜改性前后的润湿性能进行评价。该实验的开设,让学生了解了材料表界面改性方法以及现代分析技术,掌握了材料结构与性能之间构效关系的分析方法,并强化了学生实验操作和数据处理能力,在提高学生的科研思维和和动手能力方面有良好效果。

纳米二氧化硅改性不锈钢网用于油水分离

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了硅溶胶,将硅溶胶与预沉积聚多巴胺(PDA)的不锈钢网(SSM)反应,采用分步沉积和原位生长法制备了超亲水-水下超疏油不锈钢网(SSM-PDA-SiO_(2))。采用FTIR、XRD、TG、SEM和接触角测量仪对其进行了测试。探究了硅溶胶反应时间对SSM-PDA-SiO_(2)亲水-疏油性能的影响,通过自重力驱动测试了其油水分离性能,考察了其循环分离性和力学稳定性。结果表明,PDA作为“桥梁”将纳米SiO_(2)沉积到SSM表面上,硅溶胶与SSM反应8 h制备的SSM-PDA-SiO_(2)-8具有最佳的亲水-疏油性能,水滴能在其表面60 ms内完全铺展,其对二氯甲烷等5种有机溶剂的水下油接触角在156.4°~160.9°之间,对二氯甲烷的滚动角为4.0°,表现出超亲水-水下超疏油特性。首次分离正庚烷/水的油水混合物水通量为40165 L/(m^(2)·h),分离效率99.3%,在50次分离循环时水通量为17728 L/(m^(2)·h),分离效率仍>98%。经过35次砂纸摩擦循环后,SSM-PDA-SiO_(2)-8保持了98%以上的分离效率。PDA的羟基、氨基等亲水基团提高了SSM-PDA-SiO_(2)的超亲水-水下超疏油特性,纳米SiO_(2)增加了其表面粗糙度。

偕胺肟化SiO2/聚丙烯腈复合纤维膜的制备及其性能

为构筑具有特殊表/界面性能的膜材料,利用静电纺丝技术制备SiO2/聚丙烯腈(PAN)复合纤维膜,然后经盐酸羟胺偕胺肟化处理赋予其超亲水及水下超疏油性能。借助场发射扫描电子显微镜、X射线能谱仪、傅里叶变换光谱仪及接触角测试仪等分析了纤维膜的微观形貌、结构和表/界面性质。结果表明:偕胺肟化改性后纤维膜表面有絮状物包覆,盐酸羟胺改性液最佳质量浓度为35~40 g/L,最佳改性温度为60℃,偕胺肟化SiO2/PAN纤维的平均直径为275 nm;改性后纤维膜表面Si和O元素质量分数为2. 13%和6. 60%,SiO2锚固在PAN纤维膜表面,且SiO2/PAN偕胺肟化成功;相比PAN纤维膜,SiO2/PAN纤维膜在60℃偕胺肟化后水润湿时间由5. 4 s缩短到0. 5 s,且水下油接触角达到(165. 2±1)°;偕胺肟化纤维膜断裂强度达4. 1 MPa,可满足油水分离的基本要求。

特殊润湿性油水分离材料的研究进展

近几年,石油和有机化学品泄漏对人们的生存环境乃至生态系统造成了极为严重的损害。油水分离手段及其材料的研发已成为一个全球性的,需要众人为之努力的重要任务。受到大自然的启发,许多具有特殊润湿性的材料得以合成与发展,尤其是超疏水—超亲油、超亲水—超疏油材料已成功用于选择性油水分离,并显示出诱人的应用前景。这篇文章简要介绍了自然界的特殊浸润现象以及微—纳多级结构的制备方法;综述了以金属网、海绵、无机粉体为基材的新型油水分离材料;提出了该特殊材料存在的问题与拟解决办法;重点介绍并总结了以生物质材料如木粉、秸秆粉、滤纸、棉花、棉织物等作为基材,合成特殊润湿性油水分离生物质材料的优势与发展现状,并对该领域的研究趋势进行了展望。

一种新型含氟-羧基聚合物添加剂对聚氯乙烯(PVC)膜性能的影响

合成了一种含氟和羧基的新型聚合物添加剂,全氟烷基-聚乙二醇乙酸[FPEG(COOH)],将其用于聚氯乙烯(PVC)膜的共混改性研究.通过对凝固浴的组成、铸膜液中聚合物的浓度以及添加剂的含量进行考察,探讨了这些因素对膜的结构、表面特性、机械强度以及水通量和分离效率的影响,并通过红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备的膜的表面化学特性及断面的结构和形态进行了表征.研究结果表明,含氟聚合物FPEG(COOH)的添加,能够改善PVC膜的亲水性和疏油性,增大PVC膜的纯水通量,并实现了较高的截留率.当添加质量分数为40%的含氟聚合物时,PVC/FPEG(COOH)共混膜的水接触角为58.4°,油接触角为61.8°,纯水通量达226.5L/(m^2·h),其对正十六烷的截留率高达96.7%.

纳米Fe_(2)O_(3)改性聚丙烯纤维膜的制备及油水分离性能研究

本文以聚多巴胺包覆聚丙烯纤维膜(PP@DA)为基膜,通过原位水热生长法制备Fe_(2)O_(3)改性PP@PDA复合膜(PP@PDA@Fe_(2)O_(3))。优化的PP@PDA@Fe_(2)O_(3)复合膜展现出超亲水/水下超疏油性。制备的复合膜具有优异的油水分离性能,分离效率达到98.4%以上,通量可达到13491L·m^(-2)·h^(-1)以上。经10次重复分离,膜的分离效率和通量没有明显降低,证明该复合膜具有良好的抗油污染性能和重复使用性能。优异的分离性能和抗污性使制备的复合膜在含油污水处理中具有广泛的应用前景。