專利名稱：用于油水分離的超疏水織布的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于油水分離超疏水織布的制備方法。屬于功能材料技術領域。
背景技術：
超疏水是自然界存在的一種奇特現(xiàn)象，荷葉、鵝毛表面均天然具有超疏水性質，水滴可以在荷葉、鵝毛上面隨意的滾動。我們把超疏水定義為水在材料表面的接觸角超過150度。目前證實，材料表面實現(xiàn)超疏水性質一般需要兩個主要因素:其一是調控材料表面的微/納米結構，增加材料表面的粗糙度；其二是在具有一定粗糙度的表面修飾低表面能物質。超疏水表面在表面自清潔、抗結冰、防霧、流體減阻、油水分離等方面具有廣泛的應用。比如，將超疏水效應應用于織布，可以大大擴大織布的應用領域，所以目前備受關注。實現(xiàn)油水分離則是超疏水的一大應用之一。油水分離的實現(xiàn)對減小水分和雜質對油的品質的影響，以及解決非水溶性油潰對江河湖海污染問題等都有著重要意義。利用超疏水這種特殊濕潤性，可以使油順利通過而水完全不通過，可以實現(xiàn)有效地分離油水混合物?，F(xiàn)在已經(jīng)有不少研究者將超疏水應用于油水分離。中國專利CN101708384A采用濕法化學刻蝕技術，在由微米級孔徑的金屬網(wǎng)表面制備出納米尺度的微觀突起，然后在其表面修飾具有低表面能的化合物，從而制成具有超疏水性質的金屬網(wǎng)，可有效實現(xiàn)油水分離。中國專利CN101518695A采用浸涂的方法，利用一定的條件和固化劑，將環(huán)氧基封端的低聚硅氧烷與雙酚A共聚，把該聚硅氧烷-雙酚A共聚物與固化劑混勻配成溶液，將聚硅氧烷-雙酚A共聚物固化于100 400目的織物網(wǎng)上制得具有超疏水與超親油功能的油水分離網(wǎng)膜。雖然這里技術方案都具有油水分離效果，但也存在著不足，如制備方法復雜，制備出的超疏水基材穩(wěn)定性差，不能反復使用，或使用金屬網(wǎng)做基材，成本高，且不具備普適性等。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于油水分離的超疏水織布的制備方法。本發(fā)明制備的超疏水織布，其表面通過過渡金屬納米顆粒修飾，織布不僅具有過渡金屬賦予其的特殊性質(如Fe3O4修飾的超疏水織布具有磁性，Ag修飾的超疏水織布具有良好的抗菌性能)，還具有優(yōu)異的超疏水性能，與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°，耐高溫,耐洗滌,具有永久超疏水性,并且可成功應用于油水分離。一種用于油水分離的超疏水織布的制備方法，其特征在于該方法依次步驟為:A將織布浸入到過渡金屬納米顆粒的水溶液中I 60分鐘；過渡金屬納米顆粒選自鐵納米顆粒、氧化亞鐵納米顆粒、四氧化三鐵納米顆粒、鈷納米顆粒、氧化亞鈷納米顆粒、四氧化三鈷納米顆粒、鎳納米顆粒、一氧化鎳納米顆粒、銅納米顆粒、氧化亞銅納米顆粒、氧化銅納米顆粒、銀納米顆粒、氧化銀納米顆粒以及金納米顆粒中的任何一種；B將織布取出，用水清洗干凈，將洗凈的織布在50 100°C下干燥；C將已干燥的修飾有過渡金屬納米顆粒的織布浸入到I 100mmol/L的硫醇溶液中，室溫下反應I 48小時；
D用乙醇清洗織布以除去未能負載上的硫醇，最后將織布干燥后得到超疏水織布。本發(fā)明所述的方法中，織布為任何一種市售商品布料。本發(fā)明所述的方法中，過渡金屬納米顆粒的粒徑為5 lOOnm。本發(fā)明所述的方法中，硫醇選自烷基硫醇或全氟烷基硫醇。本發(fā)明所述的方法中，烷基硫醇的分子式為CnH2n+1SH，其中η代表10至20的整數(shù)。本發(fā)明所述的方法中，全氟烷基硫醇的分子式為CnF2(n_2)+1H4SH，其中η代表8至16的整數(shù)。制備好的織布其表面是一層致密的納米顆粒層，其厚度隨著納米顆粒水溶液的濃度的增加而增加，通過掃描電鏡可以觀察到特殊的微/納米結構。
本發(fā)明提供的超疏水織布，可用于油水分離，將油水混合物通過該織布制成的過濾層，可以實現(xiàn)快速高效的油水分離。本發(fā)明采用普通的商品織布為原料，利用過渡金屬納米顆粒與織布表面各種氧官能團的作用力，使過渡金屬納米顆粒穩(wěn)定地粘附在織布表面，增加了織布表面的粗糙度，在織布表面形成特殊的微/納米結構；過渡金屬納米顆粒與硫醇之間同樣存在很強作用力，有利于成功引入各種疏水性烷基鏈或全氟烷基鏈，實現(xiàn)織布表面特殊潤濕性質。本發(fā)明具有以下優(yōu)點:本發(fā)明工藝簡單，易操作。本發(fā)明普適性強，不僅適用于市售的任何一種織布，還可以發(fā)展利用到海綿，紙制品上面，制成超疏水海綿和超疏水紙品。用本發(fā)明方法制得的超疏水織布，與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°。將本發(fā)明的超疏水織布作為過濾層，油水混合物通過超疏水織布，可以快速高效的實現(xiàn)油水分離，并且該織布具有耐高溫，耐洗滌的性質，具有永久超疏水性。


圖1為實施例1織布在表面修飾前和表面修飾后的掃描電鏡照片。圖2為實施例1制備的超疏水織布在超疏水測試時的靜態(tài)接觸角照片。圖3為實施例1制備的超疏水織布應用于油水分離時的照片。圖4為實施例1制備的超疏水織布對不同溫度的水的超疏水效果照片。圖5為實施例1制備的超疏水織布在洗滌數(shù)次后的超疏水效果照片。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。這些實施例具有一定的代表性，不能囊括所有實例，僅用于更加清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍。另外，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明做相應改動和修改，以實現(xiàn)各種超疏水特殊表面，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為40nm的Fe3O4納米顆粒水溶液中，5分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在80°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有Fe3O4納米顆粒的織布浸入到5mmol/L的十八烷基硫醇中，室溫反應24h。反應完后將織布取出，用無水乙醇清洗織布以去除未能負載上的十八烷基硫醇，最后將織布干燥即可得到本發(fā)明的超疏水織布。該超疏水織布在表面修飾前(a，b)和表面修飾后(c，d)的掃描電鏡照片如圖1所示，該織布表面由修飾前的光滑變?yōu)樾揎椇蟮拇植?。該超疏水織布的靜態(tài)接觸角照片如圖2所示，接觸角為160.3°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性。圖3為將該超疏水織布應用于油水分離時的照片。圖3 (I)為將該超疏水織布作為過濾層，分離己烷和水的混合物的效果圖片?？梢钥吹?，水完全不透過超疏水織布層，而己烷則可以快速的透過，從而實現(xiàn)快速分離。圖3(2)為將該超疏水織布作為過濾層，分離食用油和水的混合物的效果圖片。左圖中為油水混合物，右圖中為油水分離后的效果圖片?？梢钥闯觯耆煌高^超疏水織布層，而食用油則可以快速的透過，從而實現(xiàn)快速分離。將不同溫度的水滴在本發(fā)明制得的超疏水織布上，其超疏水效果如圖4所示。該超疏水織布對聞溫水仍表現(xiàn)出良好的超疏水效果。將本發(fā)明制得的超疏水織布在0.04%的十二烷基苯磺酸鈉溶液和0.04%的十六烷基三甲基溴化銨溶液中分別洗滌5次和10次，洗滌后的織布的超疏水效果如圖5所示?？梢娫跀?shù)次洗滌后，該織布仍然保持良好的超疏水效果。通過靜態(tài)接觸角測試，本發(fā)明制得的織布在0.04%的十二烷基苯磺酸鈉溶液超聲洗滌10次后，靜態(tài)接觸角為153.2°，在
0.04%的十六烷基三甲基溴化銨溶液中超聲洗滌10次后，靜態(tài)接觸角為155.V。實施例2.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為30nm的FeO納米顆粒水溶液中，10分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在70°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有FeO納米顆粒的織布浸入到10mmol/L的十八烷基硫醇中，室溫反應24h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除未能負載上的十八烷基硫醇，最后將織布干燥后即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為158.2°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，將該超疏水織布用于過濾層，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例3.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為50nm的CoO納米顆粒水溶液中，15分鐘將織布取出，用水洗凈，再將織布在60°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有CoO納米顆粒的織布浸入到20mmol/L的十六烷基硫醇中，室溫反應12h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除未能負載上的十六烷基硫醇，最后將織布放入烘箱中干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為156.1°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例4.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為80nm的NiO納米顆粒水溶液中，20分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在60°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有NiO納米顆粒的織布浸入到30mmol/L的十四烷基硫醇中，室溫反應6h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除未負載上的十四烷基硫醇，最后將織布干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為158.8°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例5.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為30nm的CuO納米顆粒水溶液中，15分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在50°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有CuO納米顆粒的織布浸入到40mmol/L的全氟十二烷基硫醇中，室溫反應8h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除未負載上的全氟十二烷基硫醇，最后將織布干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為163.8°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例6.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為8nm的Ag納米顆粒水溶液中，30分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在90°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有納米顆粒的織布浸入到50mmol/L的全氟癸基硫醇中，室溫反應36h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除未負載上的全氟癸基硫醇，最后將織布干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為160.9°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例7.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為5nm的Au納米顆粒水溶液中，45分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在100°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有納米顆粒的織布浸入到30ml的60mmol/L的全氟癸基硫醇中，室溫反應48h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除未負載上的全氟癸基硫醇，最后將織布放入烘箱中干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為162.3°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例8.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為15nm的Ag2O納米顆粒水溶液中，60分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在80°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有Ag2O納米顆粒的織布浸入到70mmol/L的全氟辛基硫醇中，室溫反應lh。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除未負載上的全氟辛基硫醇，最后將織布放入烘箱中干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為158.1°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例9.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為25nm的Cu納米顆粒水溶液中，2分鐘將織 布取出，用水洗凈，再將織布在60°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有Cu納米顆粒的織布浸入到80mmol/L的全氟十六烷基硫醇中，室溫反應2h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除未負載上的全氟十六烷基硫醇，最后將織布放入烘箱中干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為163.V，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例10.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為30nm的Co納米顆粒水溶液中，45分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在80°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有納米顆粒的織布浸入到50mmol/L的十二烷基硫醇中，室溫反應12h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除多余的十二烷基硫醇，最后將織布放入烘箱中干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為152.1°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例11.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為45nm的Ni納米顆粒水溶液中，3分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在70°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有Ni納米顆粒的織布浸入到2mmol/L的全氟十二烷基硫醇中，室溫反應12h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除多余的全氟十二烷基硫醇，最后將織布放入烘箱中干燥即可得到超疏水織布。該超疏水織布與水的接觸角為159.3°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。實施例12.
在室溫條件下，將5cmX 5cm的市售織布浸入到含有平均粒徑為50nm的Cu2O納米顆粒水溶液中，10分鐘后將織布取出，用水洗凈，再將織布在100°C下干燥數(shù)分鐘。然后將已干燥的修飾有Cu2O納米顆粒的織布浸入到2mmol/L全氟十四烷基硫醇中，室溫反應24h。反應完后將織布取出，用乙醇清洗織布以去除去多余的全氟十四烷基硫醇，最后將織布放入烘箱中干燥即可得到超疏水 織布。該超疏水織布與水的接觸角為162.4°，表現(xiàn)出良好的超疏水特性，對油水混合物可以實現(xiàn)快速高效分離，并且耐高溫，耐洗滌。
權利要求
1.一種用于油水分離的超疏水織布的制備方法，其特征在于該方法依次步驟為: A將織布浸入到過渡金屬納米顆粒的水溶液中I 60分鐘；過渡金屬納米顆粒選自鐵納米顆粒、氧化亞鐵納米顆粒、四氧化三鐵納米顆粒、鈷納米顆粒、氧化亞鈷納米顆粒、四氧化三鈷納米顆粒、鎳納米顆粒、一氧化鎳納米顆粒、銅納米顆粒、氧化亞銅納米顆粒、氧化銅納米顆粒、銀納米顆粒、氧化銀納米顆粒以及金納米顆粒中的任何一種； B將織布取出，用水清洗干凈，將洗凈的織布在50 100°C下干燥； C將已干燥的修飾有過渡金屬納米顆粒的織布浸入到I 100mmol/L的硫醇溶液中，室溫下反應I 48小時； D用乙醇清洗織布以除去未能負載上的硫醇，最后將織布干燥后得到超疏水織布。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于織布為任何一種市售商品布料。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于過渡金屬納米顆粒的粒徑為5 lOOnm。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于硫醇選自烷基硫醇或全氟烷基硫醇。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于烷基硫醇的分子式為CnH2n+1SH，其中η代表10至20的整數(shù)。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于全氟烷基硫醇的分子式為CnF2(n_2)+1H4SH，其中η代表8至16的整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于油水分離的超疏水織布的制備方法。本發(fā)明通過在織布表面修飾過渡金屬納米顆粒，所得到的織布不僅具有過渡金屬賦予其的特殊性質，如Fe3O4修飾的超疏水織布具有磁性，Ag修飾的超疏水織布具有良好的抗菌性能，還具有優(yōu)異的超疏水性能，與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°，耐高溫，耐洗滌，具有永久超疏水性，并且可成功應用于油水分離。
文檔編號D06M11/42GK103173998SQ201110442049
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者郭志光, 李靜, 董瑩, 石雷 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所