水泥基材料超疏水改性方式以及改性材料

水进入水泥基材料内部会引发冻胀开裂、化学侵蚀、碳化等问题,导致结构严重破坏,造成巨大的安全隐患和经济财产损失。对水泥基材料进行超疏水改性使得改性后的新型建筑材料具备更加优异的性能。本文综述了水泥基材料的两种超疏水改性方式(表面超疏水改性和整体超疏水改性);常用超疏水改性材料及其作用机理。最后,对水泥基材料超疏水改性的研究进行了归纳总结并对未来研究工作进行了展望。

聚丙烯中空纤维膜的超疏水改性

对膜蒸馏用聚丙烯中空纤维膜进行超疏水改性可以提高膜蒸馏产品品质以及增加膜组件的使用寿命.用溶胶-凝胶法将二氧化硅粒子加入到聚丙烯溶液中制成溶胶,以聚丙烯中空纤维膜为基底,用相分离的方法将溶胶涂覆到聚丙烯中空纤维膜的表面,再用具有低表面能的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷对涂覆后的中空纤维膜进行修饰,并对超疏水聚丙烯中空纤维膜进行膜蒸馏的实验.结果表明:0.3 g的二氧化硅和0.7 g的聚丙烯形成的溶胶制备的超疏水中空纤维膜的接触角为157°,在60℃下的3.5%氯化钠溶液中,通量达到216.96 g/(m^2·h),截留率从91%提高到99%.因此对聚丙烯中空纤维膜的超疏水改性可以明显增加膜蒸馏通量和截留率.

PTFE平板微孔膜的超疏水改性研究

通过溶胶凝胶法在聚四氟乙烯(PTFE)平板微孔膜表面形成Si O2微纳米粒子,再采用全氟癸基三甲氧硅烷(FAS-17)对其进行修饰,获得超疏水表面的PTFE平板微孔膜。考察了正硅酸乙酯(TEOS)和三甲基三乙氧基硅烷(MTES)配比、FAS-17浓度等对平板膜疏水性和微孔结构的影响,并研究了其膜蒸馏性能。结果表明,改性后Si O2纳米粒子可均匀附着和内嵌在膜的原纤-结点网络结构内;当MTES/TEOS的比例和FAS-17浓度增大时,膜表面静态接触角(WCA)先增加后减小,膜孔径和孔隙率也随之减小;当MTES/TEOS的比例为1∶1,FAS-17浓度为4%(质量分数)时,改性膜的WCA达到154°,滚动角(RA)为8°,达到超疏水效果;由于超疏水作用,改性膜在膜蒸馏运行过程中膜污染程度降低,产水通量恒定在3.65 kg/h·m2左右,脱盐率保持99.8%以上。

纳米粒子超疏水改性聚偏氟乙烯膜的研究

利用喷涂沉淀法对聚偏氟乙烯(PVDF)膜进行表面改性,考察了喷涂液中纳米粒子(NP)的浓度和纳米粒子与胶粘剂(PDMS)的质量比对聚偏氟乙烯改性膜性能的影响.测定了改性前后聚偏氟乙烯膜的表面接触角以及膜的结构变化,并研究了膜的抗润湿和抗污染性能.结果表明,当喷涂液中纳米粒子的质量浓度为1%,纳米粒子与胶粘剂的质量比为4:5时,膜表面接触角从102°提高到156°.在直接接触式膜蒸馏实验中,改性膜的抗润湿性能和抗污染性能均较改性前有较大的提高.

Al_2O_3微滤膜的超疏水改性研究

采用多层自组装技术在Al2O3微滤膜表面制备TiO2纳米涂层,并利用1H,1H,2H,2H-全氟辛基乙基三乙氧基硅烷(PFDS)对其表面进行氟化处理,获得超疏水改性膜。通过X射线衍射仪,傅立叶变换红外光谱仪,原子力显微镜,水接触角测试仪和扫描电子显微镜对改性膜进行表征。分析了TiO2纳米涂层的晶型结构,探讨了TiO2沉积时间与改性膜表面粗糙度和疏水性之间的关系,研究了PFDS改性次数对膜表面形貌和疏水性能的影响规律。结果表明:在600℃退火1 h后,获得锐钛矿结构的TiO2纳米涂层。随TiO2沉积时间的延长,膜表面粗糙度增大,水滴在膜表面的接触由Wenzel状态转变为Cassie状态;当TiO2沉积时间为50 min,PFDS改性3次时,获得理想的微纳米二级超疏水表面形貌,水接触角达到174.5°。

超疏水改性水泥基材料研究进展

水泥基材料具有较好的力学性能,被广泛应用于建筑、桥梁和隧道等工程领域。但水泥基材料抗渗性较差,在腐蚀性介质的作用下容易被侵蚀破坏。目前,国内外学者针对水泥基材料的超疏水改性问题开展了大量研究,但缺少对最新研究成果的归纳整理和综合评述。本文通过综述近几年国内外学者对超疏水改性水泥基材料的最新研究成果,对现有水泥基材料的超疏水改性方式进行介绍,讨论了不同改性方式对水泥基材料力学性能和耐久性的影响规律。结果表明:表面超疏水改性和整体超疏水改性均可提高水泥基材料的疏水性和耐久性,但表面超疏水改性方式对水泥基材料的力学性能影响较小,整体超疏水改性方式对其不利影响较大。

超疏水光热转换材料的研究进展

光热转换材料可以将可再生的太阳能高效转换为热能,并在海水淡化、废水净化等领域取得了良好效果,但受限于材料本身的性质缺陷,难以大规模应用。最近的研究表明,超疏水特性可防止污染物附着在材料表面的光热位点,研究者通过超疏水改性,赋予了光热转换材料以优异的自清洁性能。该创新策略极大地提高了光热转换材料的稳定性和持久性,为光热转换材料的实际推广应用提供了可能性。详细介绍了超疏水改性的方法、过程和机理,并重点综述了超疏水光热转换材料的最新研究进展和应用案例。最后,辩证分析了超疏水光热转换材料面临的挑战以及优化策略,进一步展望了超疏水光热转换材料的发展趋势和工程应用前景。

纳米硅乳液改性聚丙烯/二氧化钛超疏水-自清洁共混疏水微孔膜的研究

采用浸没法对实验室自制的等规聚丙烯(iPP)/纳米TiO_2粒子共混微孔平板膜进行表面改性,探讨了纳米硅乳液浓度和反应温度等条件对改性膜的形态结构以及疏水性的影响,得到了纳米硅乳液改性iPP/TiO_2超疏水微孔膜制备的最佳条件,并测试了纳米硅乳液改性iPP/TiO_2超疏水微孔膜的自清洁性能、pH稳定性以及VMD稳定性.研究结果表明,纳米硅乳液改性iPP/TiO_2超疏水-自清洁微孔膜制备的最佳条件为:UV光催化30min,纳米硅乳液质量分数为20%,反应温度为室温,最后置于80℃烘箱烘干2h.此时制备的纳米硅乳液改性iPP/TiO_2超疏水微孔膜接触角达到153.2°,滚动角小于10°,并且具有优异的自清洁和pH稳定性能、VMD稳定性以及抗润湿和抗污染性能.

膜蒸馏用超疏水PVDF纳米纤维膜的制备和性能研究

采用静电纺丝法制备聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜,并以此膜和和商品膜HVHP4700为基膜,通过在其表面先覆盖二氧化钛、再覆盖十二烷基三氯硅烷进行改性,得到超疏水表面。对改性后的超疏水纳米纤维膜进行了表征和性能评价、膜蒸馏实验。结果表明,在较小的纺丝液推注速度下,制备的纳米纤维膜具有较适宜的厚度、孔径、液体入口压力和孔隙率。改性后2种膜的接触角均大于150°,抗润湿性能显著提高。改性前后PVDF纳米纤维膜的产水通量均高于改性前后的HVHP4700膜,4种膜的产水电导率均低于5μS/cm,脱盐率高于99.99%。

聚偏氟乙烯超疏水分离膜的制备

采用溶液涂覆-浸没相分离法对聚偏氟乙烯膜(PVDF)进行表面复合改性,制备了超疏水分离膜。初步考察了涂覆液中PVDF固含量和涂覆条件(浸泡时间、预蒸发时间、凝固浴组成和凝固浴温度)对复合膜疏水性能的影响。实验结果表明,当涂覆液中PVDF含量为1.88%(质量分数)时,膜丝有最大接触角136°;复合膜的接触角随浸泡时间的延长呈现先增大后减小的趋势,当浸泡时间为40s时,接触角最大,达到133°;在较短时间内(0～5s),预蒸发时间对复合膜的接触角影响不大;复合膜的接触角随着凝固浴中DMAc含量的增加而逐渐减小,随着凝固浴温度的增大而增大,当凝固浴温度为65℃时,膜表面的接触角增至153°。

基于可视化分析的超疏水混凝土研究现状

超疏水混凝土能够阻挡离子侵蚀性破坏并解决高层建筑外层清洗困难的问题。文中利用VOSviewer软件对超疏水混凝土研究文献进行计量分析,得到了领域发展现状。结果表明Construction and building materials期刊在领域内研究较为深入,具有影响力;疏水性是超疏水混凝土领域的研究热点。文中同时对现有研究现状进行了总结展望。

膜蒸馏用PVDF抗复合污染膜的制备与测试

为提高膜的抗污染能力,对聚偏氟乙烯(PVDF)平板膜进行表面涂覆改性,得到超疏水PVDF平板膜,再将超疏水PVDF平板膜进行表面亲水化改性,制备出超疏水/亲水复合PVDF膜。当PVDF的质量浓度为2%、聚乙二醇(PG)的质量浓度为39%、涂敷液温度为50℃、蒸发时间为10s、凝固浴温度为60℃时,超疏水PVDF平板膜接触角达到154.8°。表面亲水改性制得的PVDF超疏水/亲水复合膜的接触角为41°。然后研究了超疏水PVDF平板膜和PVDF超疏水/亲水复合膜的抗膜污染性能。结果显示,超疏水PVDF平板膜具有优良的抗无机污染性能和一定的抗有机污染性能;PVDF超疏水/亲水复合膜不仅具有优良的抗无机污染性能,而且其抗复合污染性能尤其是抗有机污染性能得到明显提升,为进一步构建高性能膜蒸馏抗污染膜提出了一个可行的技术方向。