仿生疏水亲油表面的制备及其性能研究

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经过数百万年的自然进化,植物和动物完美地适应了自然。自古以来,大自然就是人类技术思想、工程原理和伟大发明的源泉。经过长时间的进化,各种生物都能适应环境的变化,从而生存和发展。润湿性是指液体润湿固相表面的能力,即一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性。正如中国古诗句“出淤泥而不染”说的那样,荷花一直被视作纯洁的象征,荷叶表面的超疏水性能归因于其上的微纳米结构,无数的微纳米乳突和覆盖着的蜡质层造就了这种独特的模型;猪笼草捕获昆虫,其瓶盖表面的超湿滑特性得益于不规则排列的微小沟槽锁住了蜡质物;纳米比亚沙漠甲虫能够在恶劣的环境下生存,布满小疙瘩的外壳能够帮助收集空气中的小雾滴。这些都与材料表面的润湿性息息相关。近十多年来,关于超疏水表面的研究不可胜数,但工艺复杂,稳定性差和污染较重一直是亟待解决的问题。鉴于此,我的工作将致力于探索简便易行、稳定耐用、绿色环保的疏水亲油表面。在日常生活中,结垢现象广泛存在于管道运输、纺织化工、电厂、金属材料加工及生物工程等行业。飞机在高空飞行时,由于温度过低,冰覆盖在机身上不仅会加大负重,而且可能会带来灾难性的破坏。如何减少冰沉积已经成为全球关注的问题。海上原油运输的泄露也会对生态造成毁灭性的灾难。由此可见,这种疏水亲油表面在油水分离,防污染,抗结冰,减阻,水雾收集等领域均有着广阔的应用前景。鉴于此,我着力寻求简单易行可靠的仿生疏水亲油表面的制备方法,并进行各项表征和性能研究,旨在开发出一系列效果优良,稳定性好的功能表面。总体的工作研究可分为以下三个部分:(1)通过二氧化锆纳米颗粒乙醇分散液,制得疏水聚氨酯海绵,后经硬脂酸修饰,得到超疏水超亲油的特性,并对处理过的海绵进行表面形貌分析和化学组分鉴定。海绵经过数十次的吸附实验,仍具有良好的吸附油污的能力,这对于油水乳液的分离大有裨益。(2)通过一种步骤简单的二元硅烷化法,制备出一种具有自清洁性能的能够用于油水分离的棉织物。对织物进行耐久性测试,数十次射流冲击实验后仍保持疏水性能,有良好的机械强度。棉织物在不同的酸碱溶液中浸泡一周,发现仍具有良好的超疏水性能,展示出优异的化学稳定性。(3)利用MOFs的良好吸附功能,构筑出由MOFs和氢氧化铜微纳米线为基础的亲疏水相间特殊结构,制备的样品具有极好的水雾收集效率。这有助于解决水资源短缺问题,对人类的生产生活有着重要意义。
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