一种二氧化钛-AP不锈钢网的制备及其在水体修复中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种TiO2‑AP不锈钢网的制备方法，是将包含有TiO2纳米颗粒和磷酸铝粘合剂的悬浮液均匀喷涂在不锈钢网表面，干燥固化，得到TiO2‑AP不锈钢网。该TiO2‑AP不锈钢网具有出色的乳液分离能力，对于含有表面活性剂的水包油乳液，分离效率高于99.8%。该TiO2‑AP不锈钢网即使在经过500次划痕测试后依旧具有99.5%的高分离效率；该TiO2‑AP不锈钢网还具有非常好的机械耐久性和化学稳定性，可以承受更多的苛刻条件，如砂冲击循环，溶剂浸泡测试24小时和超声波处理。另外，该TiO2‑AP不锈钢网还能高效降解有机染料，能够广泛应用于水体修复。

Preparation of TiO2 -AP stainless steel mesh and its application in water body restoration

The invention discloses a preparation method of titanium dioxide AP stainless steel mesh. The suspension containing titanium dioxide nanoparticles and aluminum phosphate binder is uniformly sprayed on the surface of the stainless steel mesh, dried and solidified, and the titanium dioxide AP stainless steel mesh is obtained. The TiO2 AP stainless steel mesh has excellent emulsion separation ability, and the separation efficiency of the oil in water emulsion containing surfactant is higher than 99.8%. The titanium dioxide AP stainless steel mesh has a high separation efficiency of 99.5% even after 500 scratch tests; the titanium dioxide AP stainless steel mesh also has excellent mechanical durability and chemical stability, and can withstand more severe conditions, such as sand impact cycle, solvent immersion test for 24 hours and ultrasonic treatment. In addition, the titanium dioxide AP stainless steel mesh can degrade organic dyes efficiently, and can be widely used in water remediation.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛-AP不锈钢网的制备及其在水体修复中的应用
本专利技术涉及一种TiO2-AP不锈钢网的制备，主要应用于水体修复，如分离水包油型乳液及降解有机污染物，属于复合网膜材料
和水体修复领域。技术背景迄今为止，乳化的油水混合物的分离仍然是全球的一个巨大挑战。与游离油/水混合物相比，乳化混合物更难于分离，特别是在现实水环境中存在表面活性剂的情况下。由于大多数超润湿材料孔径较大，它们仅能分离不混溶的油/水混合物，但对油/水乳液无效。不仅如此，大多数超疏水或水下超疏油材料的机械耐久性较差，并且它们所具备的微纳米级粗糙度通常非常容易且不可逆地被外力破坏，导致超疏水性或水下超疏油性的丧失。近年来，有机粘合剂已被广泛用于制造坚固的超润湿表面以增加其机械耐久性。尽管如此，大多数有机粘合剂不能承受外力和复杂环境的影响，并对环境造成不可估量的二次污染，这极大地影响了这些粘合剂的性能并限制了它们的适用范围。不仅如此，有机粘合剂的毒性对人类健康和环境也有极大的威胁。除此之外，还有许多有机染料如亚甲蓝，这些有机染料的存在也增加了水体修复的难度。因此，从实际的角度来看，找到一种具有良好机械耐久性且对水包油乳液具有出色的分离能力，并且能够在外部刺激下降解有机污染物的水下超疏油分离膜仍然是一个巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种TiO2-AP不锈钢网的制备方法；本专利技术的另一目的是提供上述TiO2-AP不锈钢网在水体修复中的应用。一、TiO2-AP不锈钢网的制备本专利技术TiO2-AP不锈钢网的制备方法，是将包含有TiO2纳米颗粒和磷酸铝粘合剂的悬浮液均匀喷涂在不锈钢网表面，干燥固化，得到TiO2-AP不锈钢网。所述不锈钢网的网孔在2300目以上，不锈钢的直径为2.5~3cm。所述TiO2纳米颗粒的粒径为20~30nm。所述悬浮液是由磷酸铝粘合剂水溶液与TiO2纳米颗粒乙醇分散液混合制得，其中，磷酸铝粘合剂的水溶液浓度为0.35~0.45g/mL，TiO2纳米颗粒乙醇分散液的浓度为30~35mg/mL，且磷酸铝粘合剂水溶液与TiO2纳米颗粒乙醇分散液的体积比为1：2.8~1：3.2（换算后，磷酸铝粘合剂与TiO2的质量比为3.75：1~4.29：1。）所述磷酸铝粘合剂是由市售85%磷酸、氢氧化铝蒸馏水混合均匀后，于90~110℃下反应2~3时间而得。且市售85%磷酸、蒸馏水、氢氧化铝按照以下质量份进行配比：市售85%磷酸4.4~4.6份，蒸馏水1.3~1.5份，氢氧化铝1份。所述干燥是在115~125℃下进行，干燥时间为100~140min。图1为原始不锈钢网（a）和本专利技术制备的TiO2-AP不锈钢网的SEM图（b）。由图b可以看出，不锈钢网表面已经被TiO2-AP复合体完全覆盖，并且形成微纳米复合粗糙结构，且形成了纳米级孔隙。在TiO2-AP不锈钢网表面形成的这些微纳米粗糙结构以及纳米级孔隙结构，对于产生水下超疏油性及在后续的水体修复过程中都是至关重要的。图2为TiO2-AP不锈钢网的EDX分析分布图。由图2可以看出，TiO2-AP复合体所含元素（O、Al、P和Ti）都均匀分布在不锈钢网表面，这说明TiO2-AP复合体已经均匀的覆盖在不锈钢网表面。二、TiO2-AP不锈钢网的特殊浸润性能1、浸润性测试空气中对水和油的接触角测试：将TiO2-AP不锈钢网水平放在接触角测量仪器上。分别取4μL油和水进行测量。水下对油的接触角及滚动角测试：先将TiO2-AP不锈钢网浸泡在蒸馏水中，待完全浸润后，水平放在接触角测量仪器上，取4μL油进行测量。测试结果：TiO2-AP不锈钢网在空气中的润湿性及在水下对各种油的接触角见图3。由图3可见，TiO2-AP不锈钢网在空气中表现出超双亲性（图a、b），而在水下对多种油（煤油、正己烷、石油醚或正庚烷）的接触角均大于150°（图c），表明，TiO2-AP不锈钢网具有超亲水/水下超疏油的特殊浸润性质，因此可用于水体修复。2、分离性能测试以水包煤油为例进行分离实验：将TiO2-AP不锈钢网固定于分离装置中，然后倒入经过水包煤油并引入负压（0.085MPa）进行分离。发现，随着分离的进行，水包煤油逐渐减少，而清澈的滤液逐渐滴入下方锥形瓶中，实现水包油乳液的分离。另外，从分离前后的光学显微照片和粒径分布图中可以明显看到其分离效果。图4为本专利技术制备的TiO2-AP不锈钢网分离乳液前后的光学照片、显微镜照片、粒径分布图，以及分离不同水包油乳液的分离效率和通量柱状图。由分离前后的光学照片（图4b）就能看出乳液已经被成功分离，另外还利用显微镜进一步观察分离前后的两种液体（图4a和c），很明显，在分离后的显微照片中基本看不到乳液液滴。此外，还对他们的粒径分布进行了测定（图4d和e），在分离前，乳液的粒径范围为100~500nm，而分离后却已经无法检测到液滴粒径。这些都说明TiO2-AP不锈钢网具有良好的乳液分离性能。经过对多种水包油乳液的分离测试得知，本专利技术制备的TiO2-AP不锈钢网对多种水包油乳液均具有极高的分离效率（高于99.8%的分离效率，见图5a,）。此外，TiO2-AP不锈钢网还呈现出相对较高的滤液通量（通量高达162.1Lm-2h-1，见图5b）。3、机械稳定性测试测试方法：利用SiC砂纸（800目）和砝码（500g）对TiO2-AP不锈钢网进行了磨损试验，并对不同磨损次数后的接触角进行了测定（见图6）。测试结果：以煤油为例，在分别经过磨损之后，TiO2-AP不锈钢网依然表现出水下超疏油性，其接触角仍大于150°，分离效率仍然在98%以上（见图6）。除了磨损试验外，还对TiO2-AP不锈钢网进行了沙子冲击、多种溶剂浸泡24h、超声处理等试验。结果表明，TiO2-AP不锈钢网具有非常好的机械耐久性和化学稳定性，可以承受更多的苛刻条件（见图7）。4、光催化降解性能测试以亚甲基蓝为例进行光催化降解试验：将TiO2-AP不锈钢网（2.5cm×2.5cm）浸入含有80mL亚甲基蓝水溶液（10mg/L，20mg/L）的表面皿中，在185/254nmUV光照下进行光催化降解。为了提高数据的准确性，样品在光催化降解步骤之前进行暗处理1小时以达到吸附平衡。测试结果：图8a和b显示了两种浓度亚甲基蓝水溶液在光催化过程中的颜色变化，在光催化降解80min后，两种浓度的亚甲基蓝水溶液由深蓝色变为完全透明无色。此外，还通过紫外-可见吸收光谱图（见图8c和d）进一步展示其分解过程中吸光度的变化，在80min时吸光度均为0，表明亚甲基蓝均被完全降解。综上所述，本专利技术制备的TiO2-AP不锈钢网具有空气中超双亲和水下超疏油的特殊浸润性质，可用于多种水包油型乳液的分离，并具有分离效率高、优秀的机械性能和化学稳定性等优点。另外，该TiO2-AP不锈钢网还能用于光催化降解有机污染物，结合以上特性，本专利技术制备的TiO2-AP不锈钢网可以广泛应用于现实环境的水体修复。附图说明图1分别为原始不锈钢网（a）及TiO2-AP不锈钢网（b）的SEM图图2为本专利技术制备的TiO2-AP不锈钢网的EDX元素分布图。图3为本专利技术制备的TiO2-AP不锈钢网在空气中的浸润性测试图及水下接触角和滚动角柱状图。图4为本专利技术制备的TiO2-AP不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiO2‑AP不锈钢网的制备方法，是将包含有TiO2纳米颗粒和磷酸铝粘合剂的悬浮液均匀喷涂在不锈钢网表面，干燥固化，得到TiO2‑AP不锈钢网。

【技术特征摘要】
1.一种TiO2-AP不锈钢网的制备方法，是将包含有TiO2纳米颗粒和磷酸铝粘合剂的悬浮液均匀喷涂在不锈钢网表面，干燥固化，得到TiO2-AP不锈钢网。2.如权利要求1所述TiO2-AP不锈钢网的制备方法，其特征在于：所述不锈钢网的网孔在2300目以上，不锈钢的直径为2.5~3cm。3.如权利要求1所述TiO2-AP不锈钢网的制备方法，其特征在于：所述TiO2纳米颗粒的粒径为20~30nm。4.如权利要求1所述TiO2-AP不锈钢网的制备方法，其特征在于：所述悬浮液是由磷酸铝粘合剂水溶液与TiO2纳米颗粒乙醇分散液混合制得。5.如权利要求1所述TiO2-AP不锈钢网的制备方法，其特征在于：所述磷酸铝粘合剂水溶液浓度为0.35~0.45g/mL，所述TiO2纳米颗粒乙醇分散液的浓度为30~35mg/mL，且磷酸铝粘合剂水溶液与TiO2纳米颗粒乙醇分散液的体积比为1:2.8~1:3.2。6.如权利要求1-5所述任何一种TiO2-A...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，龙一飞，崔梦珂，李谋吉，郭常青，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62