超疏水-超亲油多孔材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种超疏水‑超亲油多孔材料、其制备方法及应用。该多孔材料包括：金属网格结构，生长于该金属网格结构上的微纳米级氧化锌颗粒层，以及覆盖于该多孔材料表面的低表面能物质；并且该多孔材料对水的接触角＞150°，对油的接触角为0°，滚动角＜10°。本发明专利技术通过模仿水黾腿部超疏水的特性，制备的多孔材料具有超亲油、超疏水特性，能在水面漂浮，并具有减阻特点，同时在接触水面溢油时能自动将溢油通过自身所含孔洞汇集到该多孔材料内，从而高效稳定回收不同种类的水上溢油，而且其在盐雾环境下具有稳定超疏水性及可重复使用等特性，此外本发明专利技术的制备工艺简单，原料来源丰富，成本低，可批量化生产用于大规模溢油的收集分离等诸多领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超疏水-超亲油材料，具体涉及一种超疏水-超亲油多孔材料、其制备方法及应用，例如在净化回收海上溢油方面的应用，属于功能性材料

技术介绍
随着现代工业的发展，溢油事件，来源于石油的开采，运输，存储的泄漏，海运河运的漏油等，其造成的对环境和生态系统的危害越来越受到人们的重视。其中海洋溢油事件造成的危害之重经济损失之高尤为突出，典型事件就是墨西哥湾漏油事件，流失500万桶原油，经济损失数十亿美元，沿岸1000英里长的湿地和海滩受污染。这些油污染物的数量之多已远远超出了自然的净化能力，造成巨大的资源损失。溢油的处理越来越受到研究者的重视，其中最为核心的技术难点就是如何做到大规模溢油的经济回收。近年来，针对以上问题人们设计专利技术了许多具有特殊浸润性的功能性材料来进行溢油处理，例如亲油疏水的海绵、凝胶、沸石、活性炭等。这些材料能够高效的将油水分离，但是也存在一些不足，主要有以下几点：一是材料吸油倍率低，不能高效的实现溢油的快速清除；二是溢油不可回收性，资源浪费，后处理困难，易造成二次污染；三是材料机械强度低，可重复使用性差；其次，材料价格昂贵、制备方法复杂，无法大规模应用于现实溢油处理。此外，海上溢油毒性大而传统溢油处理材料对人工的依赖性大，这就不可避免的对清污人员造成伤害。综上所述，本领域迫切需要开发一种无人的、能够高效快速清除并回收海上溢油的设备。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种超疏水-超亲油多孔材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的另一重要目的在于提供所述超疏水-超亲油多孔材料的用途。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种超疏水-超亲油多孔材料，其包括：金属网格结构，生长于所述金属网格结构上的微纳米级)氧化锌颗粒层，以及，覆盖于所述多孔材料表面的低表面能物质；并且所述多孔材料对水的接触角大于150°，对油接触角的为0°，滚动角小于10°。进一步的，所述微纳米氧化锌颗粒至少生长在构成所述金属网格结构的经线和纬线上。进一步的，所述微纳米级氧化锌颗粒层中的微纳米氧化锌颗粒的晶粒尺寸为100～500nm。进一步的，所述微纳米氧化锌颗粒的形状包括针状、柱状或棒状，但不限于此。进一步的，所述多孔材料表面10～95％的面积被所述微纳米氧化锌颗粒层覆盖。进一步的，所述金属网格结构的孔径为50～200μm，优选为80μm-120μm。进一步的，所述多孔材料所含孔的平均孔径为80μm-120μm。前述任一种超疏水-超亲油多孔材料的制备方法包括以下步骤：(1)将一定孔径的金属网依次经过清洗，例如超声清洗并烘干，去除表面有机污染物；(2)将上述金属网置于锌盐溶液中，通过水热法，控制反应时间在金属网表面制备一层纳米氧化锌来模仿水黾腿部的刚毛结构；(3)将步骤2中的金属网通过低表面能聚合物包覆以降低其表面能得到超疏水-超亲油金属网。在一较为优选的实施方案之中，所述制备方法可以包括：将表面洁净的金属网格结构置于锌盐溶液中，通过水热法在所述金属网格表面生长形成所述微纳米级氧化锌颗粒层，其中水热反应温度为90～120℃，水热反应时间为15～120min，之后至少在所述微纳米级氧化锌颗粒层上包覆低表面能物质。较为优选的，所述锌盐溶液为包含可溶性锌盐、铵盐、氨水及尿素的水溶液。其中，所述可溶性锌盐可选自但不限于硝酸锌。其中，所述铵盐可选自但不限于氯化铵。进一步的，所述低表面能物质选自低表面能聚合物(例如全氟辛烷磺酰基化合物PFOTS、全氟十二烷基三氯硅烷PFDTS或1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇PFDSH等含氟硅烷)或硅油(例如聚二甲基硅氧烷PDMS)。在一较佳实施方案之中，所述制备方法可以包括：至少在生长于所述金属网格表面的微纳米级氧化锌颗粒层上涂覆聚二甲基硅氧烷溶液，之后烘干。其中，所述聚二甲基硅氧烷溶液的浓度优选为0.2～1g/100ml。在一更为具体的实施案例之中，可采用PDMS/固化剂/乙酸乙酯三者的混合溶液作为低表面能物质的溶液对生长于所述金属网格表面的微纳米级氧化锌颗粒层进行处理。其中，组成所述金属网格结构的金属可以选自铜，铝，不锈钢等。前述任一种超疏水-超亲油多孔材料在分离油水混合体系中的应用。一种主要由所述超疏水-超亲油多孔材料制成的油水混合体系分离装置。前述任一种超疏水-超亲油多孔材料于吸附收集水面浮油中的应用。一种主要由所述超疏水-超亲油多孔材料制成的水面油污净化回收装置。一种海上溢油净化回收设备，其包含所述的超疏水-超亲油多孔材料。本专利技术通过模仿水黾腿部绒毛结构特征，在金属网格基材表面生长棒状、针状或柱状的纳米氧化锌颗粒，同时再进一步以低表面聚合物进行修饰，使得所获多孔材料具有超疏水-超亲油特性，其对水的接触角大于154°，对油接触角为0，当本专利技术的多孔材料被应用于油水分离时，其超亲油-超疏水特性导致该种多孔材料对油具有强吸附力，对水有强排斥力，从而可以主动将水面上的油份吸附并汇聚回收起来，同时由于该种多孔材料的疏水性和特殊的微米孔结构可以保证油被吸附后不漏出，从而达到自动、优异的油吸附回收效果，实现油水分离。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下优点：(1)本专利技术的超疏水-超亲油多孔材料制备工艺简单，原料丰富，成本低，易于批量化生产；(2)本专利技术的超亲油-超疏水多孔材料为一种多层多孔材料，其表层为低表面能聚合物，中间层为微纳米氧化锌颗粒，基材为多孔金属网格，具有超亲油、超疏水的特殊润湿性，能在水面漂浮，并具有减阻特点，同时该多孔材料的超亲油特性保证其接触水面溢油时能自动将溢油通过多孔材料的孔洞汇集到多孔材料内，可高效稳定回收不同种类的水上溢油，而且其在盐雾环境下具有稳定的超疏水性以及可重复使用等特性；(3)本专利技术的超疏水-超亲油多孔材料用于油水分离具有吸油倍率高、溢油自动回收、机械强度高、重复使用率高、可大面积制备、性能稳定、水面阻力小、耐盐雾性高等特点。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的超疏水-超亲油多孔材料SEM图；图2是本专利技术实施例4制备的超疏水-超亲油多孔材料SEM图；图3是本专利技术实施例5制备的超疏水-超亲油多孔材料SEM图。具体实施方式鉴于现有技术的诸多缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其如前文所述，本申请人将结合下文内容对其进行更为具体的解释说明。本专利技术通过模仿水黾腿部超疏水的特性，在金属网上制备了一层类刚毛结构的纳米氧化锌，并在其表面进行低表面修饰改性使其具备超疏水-超亲油的特性，并且在高盐环境下超疏水-超亲油性能稳定、可作为一种能够在水面漂浮、载重、自动吸油的材料重复使用，用于溢油清理，所吸收的油回收简单、含水量低，并且制备工艺简单，原料丰富，成本低，易于批量化生产。如下结合若干实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如下实施例之中，采用的油水分离效率测试方法包括：将一定质量的油滴入装有水的容器中，再将一定质量本专利技术材料直接放入容器，自发进行吸附，直至本专利技术材料质量不再变化，饱和为止，然后取出，称取本专利技术材料吸附前后质量差，油水分离效率(％)＝多孔材料质量差/加入油质量*100。采用的吸油速率测试方法包括：将一定体积的本专利技术的多孔材料浸入到装满油的容器中，从本材料放入容器中开始计时，直至本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水‑超亲油多孔材料，其特征在于包括：金属网格结构，生长于所述金属网格结构上的微纳米级氧化锌颗粒层，以及，覆盖于所述多孔材料表面的低表面能物质；并且所述多孔材料对水的接触角大于150°，对油的接触角为0°，滚动角小于10°。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水-超亲油多孔材料，其特征在于包括：金属网格结构，生长于所述金属网格结构上的微纳米级氧化锌颗粒层，以及，覆盖于所述多孔材料表面的低表面能物质；并且所述多孔材料对水的接触角大于150°，对油的接触角为0°，滚动角小于10°。2.根据权利要求1所述的超疏水-超亲油多孔材料，其特征在于所述微纳米级氧化锌颗粒层中的微纳米氧化锌颗粒的晶粒尺寸为100～500nm。3.根据权利要求1所述的超疏水-超亲油多孔材料，其特征在于所述多孔材料表面10～95％的面积被所述微纳米氧化锌颗粒层覆盖。4.根据权利要求1所述的超疏水-超亲油多孔材料，其特征在于所述金属网格结构的孔径为50～200μm，优选为80μm-120μm。5.如权利要求1-4中任一项所述超疏水-超亲油多孔材料的制备方法，其特征在于包括：将表面洁净的金属网格结构置于锌盐溶液中，通过水热法在所述金属网格表面生长形成所述微纳米级氧化锌颗粒层，其中水热反应温度为90～120℃，水热反应时间为15～120min，之后至少在所述微纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志翔，乌学东，贺怡，王刚，张琳，王赫，薛群基，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33