废弃天然资源回收利用构筑超浸润材料的研究进展

对废弃天然资源进行有效回收与利用,有助于提高资源利用效率,实现绿色治理,从而促进可持续发展。超浸润材料因其独特的润湿性质,已在环境治理、油水分离、光热蒸发等多个领域得到广泛应用。以废弃天然资源为原料构建超浸润材料逐渐成为当前研究的焦点。综述了废弃天然资源用于构筑超浸润材料的最新进展,系统介绍了这些资源的来源,并全面论述了常见制备方式的优缺点。同时还探讨了废弃天然资源回收利用所构建的超浸润材料在环境治理等方面的应用,并对其未来发展趋势进行展望。

超浸润油水分离膜及其研究进展

受到自然界中动植物表面超疏水/超亲水特性的启发,仿生超浸润膜材料作为一种新兴的油水分离材料引起了科研人员的广泛关注。首先通过对影响膜材料表面润湿性的基础模型进行分析,包括Young方程、Wenzel模型和Cassie模型,总结了制备超浸润膜材料需要调控的2个关键因素——表面张力和纳微多级结构。其次,对比分析了不同类型超浸润膜的油水分离过程,概述了超浸润油水分离膜的技术优势,包括油水选择性好、分离效率高、操作简单、能耗低等。揭示了常见超浸润膜对稳定油水乳液的分离机理,即基于膜孔径小于乳液尺寸的筛分效应;通过膜材料对油水截然相反的浸润性实现界面破乳和选择性分离。在此基础上,重点综述了近年来常见超浸润油水分离膜的研究进展,其中包括超疏水/超亲油膜、超亲水/水下超疏油膜、Janus膜、智能响应膜,并对不同类型的超浸润膜材料在分离过程中存在的技术优势和问题进行了分析。最后,提出了该领域研究存在的问题和面临的挑战,并对未来超浸润膜材料的发展方向和应用前景进行了展望。

三维超浸润多孔材料在油水分离中的研究进展

受自然界超浸润现象的启发,三维超浸润多孔材料因其具有独特的油水分离优势受到科研工作者的广泛关注。本文首先分析了三维超浸润多孔油水分离材料的表面浸润性基础模型,包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型;随后指出设计三维超浸润多孔材料的关键是调控材料的表面能和纳微结构,总结了三维超浸润多孔材料存在的独特优势,包括空隙率高、密度小、质地轻、比表面积大等特性;揭示了常见的三维超浸润多孔材料的油水分离原理,包括表面介质或基团对油滴/水滴的吸附效应以及不同亲疏性的选择效应。基于此,概括了不同种类三维超浸润多孔材料在油水分离领域中的研究进展,包括三维超浸润多孔海绵、三维超浸润多孔泡沫、三维超浸润多孔气凝胶,并针对不同类型三维超浸润多孔材料在油水分离过程中存在的独特优势和缺陷进行了总结,指出三维超浸润多孔材料在实际应用中存在的问题和挑战,并对研究出机械性能稳定、回弹性好、具备持久分离效果的三维超浸润多孔材料进行了展望。

纤维素及其组成物基超浸润材料在油水分离中的研究进展

随着工业的快速发展和人们对能源需求的不断增加,在民用、产业用、特种领域用相关生产制造过程中不可避免的产生大量环境污染问题。为有效解决原油泄漏等引起的生态环境问题,同时弥补常规油水分离材料易带来二次污染的不足,研究制备性能优良、可降解的绿色超浸润材料以实现油水混合物的有效分离成为当前专家学者关注的焦点。概述了超浸润油水分离材料的优势,包括成本低廉、分离高效、操作简便等。同时归纳了常规超浸润油水分离材料存在的问题,即此类材料在应用后无法实现循环利用或自然降解,一般被焚烧或直接丢弃,极易造成二次污染且危害环境。在此基础上,重点综述了近年来纤维素及其组成物基超浸润油水分离材料,根据不同的分离原理将此类材料分为4类:超亲水/水下超疏油型、超疏水/超亲油型、超双亲型以及响应式亲疏水切换型。针对以上不同类型的纤维素及其组成物基超浸润油水分离材料,分别概括其制备路径、反应途径以及油水分离应用研究现状与进展趋势,深入阐释其设计思路、成形原理、制备方法以及油水分离作用机制,进而对纤维素及其组成物基超浸润材料在油水分离中面临的机遇与挑战进行了展望。

超浸润膜材料的制备方法及其在含油污水处理中的研究与应用状况

随着工业的不断发展,对含油污水进行处理以实现资源的回收和利用迫在眉睫。对含油污水而言,超浸润材料由于其高分离效率和低能耗而成为处理含油污水最有前景的材料之一。在各种处理方法中,膜分离法由于具有低能耗、绿色环保等优点成为未来最受欢迎的处理方法之一。介绍了膜表面浸润性的基本理论以及超浸润表面的制备方法,并进一步阐述了超浸润膜材料用于各类多油废水处理的研究状况,最后对其未来的发展趋势进行了展望。

基于纳米铜涂层的超浸润织物的制备及应用——推荐一个化学科普实验

纳米材料功能化的新型织物因具有抗污、防水等特性,得到了广泛应用,但背后的原理却少有了解。本实验通过铜还原反应,在织物表面生成纳米铜涂层,得到超疏水织物;通过氧化处理,使织物展现出水下超疏油、油下超疏水性。通过展示铜超浸润织物的特性,并结合多种互动方案探究背后的原理,具有重要的科普意义和价值。

二维过渡金属碳化物/氮化物超浸润油水分离膜

膜分离法因其无化学变化、选择性好、适应性强、能耗低等优点,广泛应用于含油废水处理领域.其中超浸润膜因具有优异的渗透和抗污染性能,被认为是高效含油废水处理的理想选择.重点综述二维过渡金属碳化物/氮化物(MXenes)超浸润油水分离膜的研究进展,首先对比了真空过滤、多巴胺改性等MXenes油水分离膜制备方法,并分析了不同类型MXenes超浸润膜在油水分离过程中分离效率、循环使用性能及膜防污机理等.最后,对MXenes超浸润膜材料的发展方向和应用前景进行了展望.

化学变脸之神奇的超浸润——推荐一个化学科普实验

自然界中有一类神奇的超浸润,如荷叶上水珠和水黾轻功“水上漂”等,这是材料表面特异的微纳超级结构和活性物质所致。效法自然,合成了两种超浸润界面剂和一种开关型的Cu(OH)2@ZIF-8纳米网膜。从自然植物–日常应用–科技发展,由浅入深,全方位地科普了神奇而又不乏科学趣味的自然现象(化学变脸),以激发青少年对于自然、科学的兴趣。

超浸润金刚石薄膜的研究进展

金刚石具有极高的硬度和化学惰性,通过其表面能和微纳结构调控,金刚石薄膜构筑的超浸润表面稳定性极佳,具有重要的实际应用前景。概述了超浸润材料的特点与发展现状,介绍了人工超浸润表面的设计与制备原理,即基于分级制微纳结构和表面能建立超浸润界面体系。归纳了超浸润金刚石表面微纳结构制备原理与方法,包括“自上而下”与“自下而上”两种合成策略,并分别介绍了各策略中模板法和无模板法构筑金刚石表面分级制微纳结构的技术手段。总结了金刚石表面化学状态与浸润性能的关系,重点分析了金刚石表面氧化、氢化以及氟化处理对其表面浸润特性的影响规律,其中金刚石表面氧化处理将强化其亲水性能,而表面氢化或氟化处理将显著增强其疏水性能。在此基础上,综述了超浸润金刚石的应用,包括无损转移腐蚀性液体微滴、电解污染物以及生物医学成像等。最后,总结了超浸润金刚石合成与应用中存在的主要问题,阐述了其实际应用中面临的重大挑战,并展望了超浸润金刚石在多学科交叉领域未来的发展方向。

高效集水仿生超浸润材料的研究进展

有效地收集空气中的雾气是缓解缺水危机的一种方法。近年来,可雾水收集的仿生超浸润材料受到了广泛的关注。通过进一步研究雾水收集过程中的液滴动态运输行为,为设计并构筑多功能仿生超浸润材料提供指导。本综述详细地总结了自然界典型的雾水收集现象,并对液滴在不同润湿性材料表面的动态运输行为进行了分类。从单一仿生到多重仿生出发,系统介绍了近年来仿生超浸润材料在雾水收集应用中的研究进展及雾水收集效果。最后,针对可高效雾水收集的仿生超浸润材料的研究发展进行了展望。

超浸润纳米阵列电极用于气体参与电催化反应的研究进展

气体参与的电催化反应,包括气体析出反应和气体消耗反应,是能量转换过程和化工过程中的重要环节。相比于针对高活性催化剂的研究,对于实际的工业生产过程,调控反应过程中的气体扩散行为对高电流的工业应用有着同样重要的意义。虽然目前已经有不少纳米阵列电极用于有气体参与的电催化反应实例,且表现出较好的电化学性能,但对于气泡在电极材料表面的浸润性行为的基础研究却较少。本文旨在系统地介绍结构化的超浸润纳米阵列电极在气体参与的电催化反应中的作用及应用,从介绍超疏气性和超亲气性定义出发,提出优化电极结构、制备超疏气性和超亲气性电极的方法,然后介绍了几种电极材料在能量转换系统中的应用,最后讨论了超浸润电极未来的发展前景。

超浸润木基生物质多孔材料用于油水分离研究进展

餐厨垃圾和工业废水中油和水的高效分离仍具挑战性。传统的油水分离技术主要包括重力沉降、离心、吸附、浮选和电化学等,存在着分离效率低、分离不彻底等问题。如何高效且低成本地实现油水分离已成为当前研究的热点。木材是一种可持续发展的生物材料,并且自身具有多级孔隙结构和丰富羟基官能团,其衍生物具备超浸润特性,因此其有望成为一种新型的油水分离材料。通过优化木材内部细胞孔径,对其进行超疏水或超亲水表面润湿性改性,进而促进木质基复合材料对油水混合乳液的物理化学过滤和吸附,最终实现废水中油污的有效去除。本文对油水混合物及含油废水的特性及危害进行了概述,并系统综述了具有超浸润特性(超亲水/水下超疏油、超疏水/超亲油)的木基多孔过滤膜和吸附材料用于分离含油废水的构建策略,概述了近年来具有超浸润特性的木基生物质多孔材料在油水分离领域的研究进展,并总结了这种材料存在的问题,展望了未来潜在的研究方向。

浸润式B超引导下的A超分段式声速测量在致密型白内障眼轴测量中的准确性

目的:观察浸润式B超引导下的A超分段式声速测量在致密型白内障眼轴测量中的准确性。方法:前瞻性研究。选取成都爱尔眼科医院2020-08/2022-08致密型白内障患者86例90眼,男61例59眼,女25例31眼,平均年龄66.49±14.55岁。术前分别采用接触式A超,浸润式B超引导下A超分段式声速测量法与IOL Master 700测量眼轴(AL)、前房深度(ACD)(含角膜厚度)、角膜曲率(K)、晶状体厚度(LT)、中央角膜厚度(CCT)、白到白角膜直径(WTW)。术后1 wk,使用IOL Master 700的无晶状体眼模式复测眼轴长度。分析三种设备测量眼轴的一致性与相关性。结果:术前接触式A超与浸润式B超引导下A超分段式声速测量眼轴为23.40(22.63,23.89)、23.70(23.04,24.25)mm,术后1 wk IOL Master 700测量眼轴为23.72(23.01,24.27)mm。接触式A超与浸润式B超引导下A超分段式声速测量法、术后IOL Master 700测量眼轴差异均有统计学意义(P=0.018),而浸润式B超引导下A超分段式声速测量法与术后IOL Master 700测量眼轴差异无统计学意义(P=0.991)。通过Bland-Altman分析,浸润式B超引导下A超分段式声速测量法与IOL Master 700测量眼轴有很好的一致性(P=0.0809)。术前浸润式B超引导下A超分段式声速测量法与术后IOL Master 700眼轴正相关(r s=0.992,P<0.0001),术前接触式A超与术后IOL Master 700眼轴正相关(r s=0.989,P<0.0001)。结论:对于致密型白内障,浸润式B超引导下A超分段式声速测量比接触式A超更接近术后IOL Master 700眼轴测量数据,具有良好的相关性和一致性。

浸润式B超眼轴测量在高度近视性白内障手术中的应用

目的 探讨浸润式B超眼轴测量在高度近视性白内障手术中的应用。方法 选取2021年6月-12月于新疆维吾尔自治区人民医院白内障手术者68例(103眼),根据眼轴长度分为2组:高度近视组(75眼),眼轴≥26.5mm;对照组(28眼),眼轴22mm-24mm。利用IOL-Master、A超和浸润式B超分别测量眼轴,术中利用IOL-Master数据计算结果植入人工晶状体(IOL)度数,利用A超和浸润式B超眼轴结果在网络平台上利用Barrett universalⅡ公式计算IOL度数。术后1个月随访,计算平均屈光度绝对误差(MAE)。结果 对照组中,IOL Master、A超及浸润式B超测量AL长度依次为22.91±0.62mm、22.83±1.21 mm和22.93±2.07 mm,三者间差异无统计学意义(F=0.038,P=0.962)。三种方法术后MAE依次为0.24±0.54 D、0.44±0.61 D和0.40±0.72 D,三者间差异无统计学意义(F=0.796,P=0.455)。高度近视组中,IOL Master、A超及浸润式B超测量AL长度依次为28.91±2.79mm、28.58±2.32mm和29.04±2.51mm,三者间差异无统计学意义(F=0.650,P=0.523)。三种方法术后MAE依次为0.58±0.77 D、1.10±0.92 D和0.61±0.82 D,三者间差异有统计学意义(F=9.082,P <0.001);俩俩比较发现,A超测量后的MAE高于IOL Master和浸润式B超的结果,差异有统计学意义(t=3.754,P <0.001;t=3.443,P <0.001)。结论 在高度近视性白内障患者中,利用浸润式B超测量眼轴,可以明显提高IOL度数预测能力,显著降低白内障术后屈光度误差。

智能响应型超浸润材料

近年来,超浸润材料由于自身所具备的各种新颖及优异的性能受到越来越多的关注,在实际生活和工业生产领域中都发挥着举足轻重的作用。但是随着制备技术的不断进步和研究的逐渐深入,现有的单一型的超浸润材料已经不能满足现实生活的各项需求。在此基础上,可响应于外部刺激的超浸润材料,即智能响应型超浸润材料应运而生。本文首先介绍了固体表面润湿性的基础理论,然后根据外部刺激的不同,综述了温度响应型、光响应型、pH响应型和电势响应型等智能响应型超浸润材料的研究与进展,以及从微纳米尺度上揭示表面粗糙度对于达到超浸润转换的重要性,并且对各自的润湿性转换机理与性能进行了总结归纳。最后指出了智能响应型材料存在的问题,并对未来的主要研究方向进行展望。

低表面能化合物在超浸润材料中的应用

近年来,由于超浸润材料在自清洁、微流体传输和生物相容性等方面的潜在应用,具有极端润湿性的超浸润材料成为了材料领域的一个研究热点。研究表明,除材料表面微纳米结构的构筑外,材料表面能的控制也是制备超浸润材料的另一关键因素。随着对超浸润材料润湿性机理研究的深入,许多不同结构不同类型的低表面能化合物也越来越多地被应用于超浸润材料的制备中。本文从分子结构、化合物类型等角度出发,综述了超浸润材料制备中所大量应用的低表面能化合物,并归纳了pH值、温度、浓度及溶剂等因素对材料低表面能化的影响,总结了低表面能化合物在提高机械强度、制备润湿性转换材料和不同浸润性修饰中的选择和应用情况,最后提出了低表面能化合物应用的一些不足之处并对其发展方向进行了展望。

仿生超浸润界面材料与界面化学

界面浸润性是材料科学的根本问题之一,浸润性调控的研究无论在探索新知识,还是创造新应用方面都有重要意义.在过去20余年里,江雷团队通过向自然学习,总结了超浸润现象的3条基本原理:(1)静态浸润性决定于纳米结构和表面能的协同效应;(2)表面超亲超疏在纳米结构上的转变点为液体亲疏界限;(3)化学组成梯度、粗糙梯度、曲率梯度等调控流体输运的方向.基于这些原理,进一步将超浸润界面材料体系扩展到界面化学.江雷团队建立了包括64个组合方案的超浸润界面材料体系,并拓展到不同压力和温度范围的各种液体体系,引领并推动了该领域在全球的发展.本文介绍了超浸润界面的设计与液/气/固三相界面浸润的新规律,若干超浸润界面材料体系在环境、农业、健康、材料、能源等领域的应用,以及近期关于量子限域超流领域的研究和应用前景.

超浸润光热材料的构筑及其多功能应用研究

随着工业社会的不断发展,不同行业对于超浸润材料的功能提出了更高的要求,超浸润材料向多功能化或智能化转型成为其发展的必然趋势。同时,在人们对环境问题日益重视的背景下,符合环保可持续、高效、低耗的新技术受到关注,具有光热效应的超浸润材料作为实现油水分离、海水淡化及太阳能蒸发等领域的新兴产品而成为研究热点。本文首先介绍了近年来碳基、有机物基、半导体基及复合型超浸润光热材料构筑的研究现状并对其局限性进行了分析,然后梳理并详细论述超浸润光热材料在防覆冰、海水淡化、油水分离等领域的应用进展及其作用机理,进而总结了其目前制备过程中存在的环境危害性等问题,并对功能性与智能型超浸润光热材料的发展趋势及研究路线进行了展望。

浸润性材料用于含油废水处理的研究进展

材料表面的浸润性对于分离混合物/乳液(如油与水或相反的水与油)极其重要。超浸润材料的发展已经显示出具有从油水乳液中回收水的巨大潜力,同时提供最大的抗污垢性能。在工业生产过程中,石油和天然气工业不断产生大量的废液,这些废液排放在水中导致水体污染,已经严重影响了人类社会的发展。因此,急需一种高效的技术来处理工业生产过程中产生的含油废水。在多种分离技术中,膜基分离技术已用于分离含油废水中的油水混合物/乳液。从亲水性、疏水性和超浸润性3个方面系统阐述了浸润性材料的性质及其在含油废水处理领域的相关应用;总结了浸润性改变在含油废水处理方面的不同作用;最后,指出了浸润性改性的重要性、面临的挑战和未来前景,以为浸润性改性的选择和设计提供必要的指导,并为含油废水处理的应用和发展提供支持。

接触式和浸润式A超测量眼轴的对比研究

目的：比较浸润式和接触式A超测量眼轴的差异，为更准确测量眼轴提供临床指导。方法选取白内障74例（108眼）术前分别进行眼轴的接触式A超和浸润式A超测量及光学生物学测量仪（IOL Master）测量，应用t检验和Bland-Alt-man分析接触式和浸润式A超所获得眼轴的准确性。结果接触式A超测量眼轴长20．74～31．89（23．74±2．06）mm；浸润式A超测量眼轴长20．93～31．99（23．85±2．08）mm；IOL Master测量眼轴长20．97～32．05（23．93±2．10）mm。接触式和浸润式A超的眼轴测量值差异有统计学意义（P＜0．05），接触式A超测量值与IOL Master眼轴测量值差异有统计学意义（P＜0.05），浸润式A超测量值与IOL Master眼轴测量值差异有统计学意义（P＜0．05）。 Bland-Altman分析表明浸润式A超与IOL Master一致性较接触式A超与IOL Master更佳。结论浸润式A超眼轴测量值与IOL Master测量值更接近。