一种pH响应性超疏水涂层材料及制备方法与应用技术

本公开提供了一种pH响应性超疏水涂层材料及制备方法与应用，其制备方法为：硬脂酸与纳米二氧化钛进行反应获得硬脂酸/纳米二氧化钛复合物，将硬脂酸/纳米二氧化钛复合物与壳聚糖进行反应获得pH响应性超疏水材料，其中纳米二氧化钛与壳聚糖的质量比为6～9:1。本公开提供的涂层材料不仅可以在氨处理下由超疏水状态转变为超亲水状态，而且还可以在加热处理后再次恢复超疏水性。并且，利用涂覆材料的pH响应机理既可以实现油/水/油三相的连续分离，还可以实现不同表面活性剂稳定的乳化液分离。

A pH responsive superhydrophobic coating material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种pH响应性超疏水涂层材料及制备方法与应用
本公开涉及一种pH响应性超疏水涂层材料及制备方法与应用。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。近年来，频发的原油泄漏事故以及不断的工业含油废水的排放对人们生存环境造成的严重污染已经引起了人们的广泛关注。未经过处理的含油污水进入水体很容易在水面上形成一层油膜，阻碍氧气进入水中从而降低水体中的溶解氧这就会使浮游生物、水生植物等因氧气的缺乏而受到影响甚至是死亡，最终导致水体的自净化功能丧失甚至海洋及湖泊生态平衡的破坏，所以含油废水的分离是非常有必要的。而且除了含油废水之外，液滴尺寸低于20μm的油/水乳化液更难分开。因为“LotusEffect(荷叶效应)”的提出，特殊润湿性表面的应用范围越来越广泛，尤其是在油/水分离领域。目前集中研究的用于过滤或吸收的润湿性材料主要有超亲水/水下超疏油材料、超疏水/超亲油性材料以及智能响应性材料等，而且已经取得了卓越的成果，但是随着人们对环境问题关注度的增加，近年来，纤维素、木质素、壳聚糖等天然材料因其成本低、性能好，在油水分离材料的制备中受到越来越多的关注，尤其是智能响应型生物基材料更由于其可持续性和生物降解性正逐渐成为环境修复和废水处理的新生力量。目前智能响应型分离材料主要有以下几种类型：紫外光照射响应、气体响应、温度响应和pH响应等。其中，与其他刺激响应材料相比，pH响应性材料更方便，更简单，更容易操作。因为仅改变材料本身的pH值，就足以改变润湿性。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种pH响应性超疏水涂层材料及制备方法与应用，该涂层材料不仅可以在氨处理下由超疏水状态转变为超亲水状态，而且还可以在加热处理后再次恢复超疏水性。并且，利用涂覆材料的pH响应机理既可以实现油/水/油三相的连续分离，还可以实现不同表面活性剂稳定的乳化液分离。为了实现上述目的，本公开的技术方案为：一方面，本公开提供了一种pH响应性超疏水涂层材料的制备方法，硬脂酸与纳米二氧化钛进行反应获得硬脂酸/纳米二氧化钛复合物，将硬脂酸/纳米二氧化钛复合物与壳聚糖进行反应获得pH响应性超疏水材料，其中纳米二氧化钛与壳聚糖的质量比为6～9:1。本公开中纳米二氧化钛表面存在羟基，能够与硬脂酸进行反应，当纳米二氧化钛与硬脂酸反应后，其红外光谱中的1635cm-1处出现的强吸收峰，证明纳米二氧化钛与硬脂酸通过化学键进行结合。同时，将硬脂酸/纳米二氧化钛复合物与壳聚糖反应后，其红外光谱中的1600cm-1附近峰强度的增强，证明硬脂酸/纳米二氧化钛复合物与壳聚糖通过化学键进行结合。本公开通过实验表明，纳米二氧化钛与壳聚糖的质量比和涂层材料的超疏水性能有关，当纳米二氧化钛与壳聚糖的质量比为6～9:1时，制备的涂层材料的接触角大于150°，符合超疏水涂层材料的要求。而其他质量比下的接触角均小于150°。另一方面，本公开提供了一种pH响应性超疏水涂层材料，由上述制备方法获得。经过实验表明，本公开提供的超疏水涂层材料具有pH响应性，当pH为中性或酸性时，表现为超疏水性能，当pH为碱性时，表现为超亲水性能。同时，本公开提供的超疏水涂层材料具有氨气引发由超疏水转变为超亲水的性能。第三方面，本公开提供了一种上述pH响应性超疏水涂层材料在油水分离中的应用。第四方面，本公开提供了一种油水分离材料，包括基体，基体表面覆盖涂层，所述涂层的材料为上述pH响应性超疏水涂层材料。第五方面，本公开提供了一种油水分离材料的制备方法，将基体放入至pH响应性超疏水涂层的溶液中进行浸涂。第六方面，本公开提供了一种上述油水分离材料由超疏水转变为超亲水的方法，将上述油水分离材料放置在碱性溶液中处理；或，采用氨气处理上述油水分离材料。本公开的有益效果为：1.本公开以二氧化钛、壳聚糖和硬脂酸为原料成功制备了性能优异的超疏水性涂层材料，该涂层材料可以很容易地应用于各种基材上。2.本公开提供的超疏水性涂层材料能够发生液滴弹跳行为。3.本公开提供的超疏水性涂层材料具有可切换润湿性表面，能在超疏水和超亲水性之间实现润湿性转换，这不仅可以用于油/水/油三相混合物的连续分离，而且还可以有效分离各种表面活性剂稳定的油包水或水包油乳化液，且具有较高的分离通量。而且，本公开提供的超疏水性涂层材料对pH具有响应性，而且该pH响应性是可逆的；同时对超疏水性涂层材料进行氨处理后，超疏水材料变为超亲水材料，再进行加热除了后回复超疏水性能，具有优异的循环利用性。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例1制备的棉布基体的超疏水材料的原理图；图2为本公开实施例1制备的棉布基体的超疏水材料的表面形貌表征图，a为原始棉布的SEM图，b为超疏水材料的SEM图，c为超疏水材料的C元素映射图像，d为超疏水材料的O元素映射图像，e为超疏水材料的Ti元素映射图像；图3为本公开实施例1制备的棉布基体的超疏水材料的化学组成表征图，a为红外光谱图，b为热重分析(TGA)曲线；图4为本公开实施例1制备的棉布基体的超疏水材料的疏水性能表征图，a为经100次揉搓前后的水接触角(WCA)曲线，b为液滴的形变指数(D/D0)与时间的函数关系图，c为最大铺展直径(Dmax)与韦伯数(We)之间的关系曲线，d为接触时间与体积、高度之间的关系曲线；图5为本公开实施例1制备的棉布基体的超疏水材料的pH响应性能表征图，a不同pH值的水滴处理后改性棉织物的接触角和润湿时间的变化曲线，b为周期试验曲线，c为将超疏水材料暴露在氨气中，以及在氨气处理之后再于80℃下加热15min的红外光谱图，d为超疏水材料在氨气处理后，在80℃下加热处理的接触角曲线；图6为本公开实施例1制备的棉布基体的超疏水材料长期分离性能和吸附性能表征图，a为润湿性和分离效率曲线，b为亲油能力测试图，c为氨气处理后获得的超亲水材料在不同有机液体的水下超输油接触角测试图，d为氨气处理后获得的超亲水材料在分离不同种类的油水混合物时的分离流量和分离效率图；图7为采用本公开实施例1制备的棉布基体的超疏水材料的进行Span-80稳定的二氯甲烷包水乳化液分离的表征图，a为分离前后的光学显微镜图，b为分离前的粒径测试图，c为分离后的粒径测试图，d为分离不同种类油包水乳化液时的分离流量以及分离效率图；图8为采用本公开实施例1制备的棉布基体的超疏水材料的进行Tween-80稳定的水包二氯甲烷乳化液分离的表征图，a为分离前后的光学显微镜图，b为分离前的粒径测试图，c为分离后的粒径测试图，d为分离不同种类水包油乳化液时的分离流量以及分离效率图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
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【技术保护点】
1.一种pH响应性超疏水涂层材料的制备方法，其特征是，硬脂酸与纳米二氧化钛进行反应获得硬脂酸/纳米二氧化钛复合物，将硬脂酸/纳米二氧化钛复合物与壳聚糖进行反应获得pH响应性超疏水材料，其中纳米二氧化钛与壳聚糖的质量比为6～9:1。/n

【技术特征摘要】
1.一种pH响应性超疏水涂层材料的制备方法，其特征是，硬脂酸与纳米二氧化钛进行反应获得硬脂酸/纳米二氧化钛复合物，将硬脂酸/纳米二氧化钛复合物与壳聚糖进行反应获得pH响应性超疏水材料，其中纳米二氧化钛与壳聚糖的质量比为6～9:1。


2.如权利要求1所述的pH响应性超疏水涂层材料的制备方法，其特征是，硬脂酸与纳米二氧化钛的反应温度为室温；
或，硬脂酸与纳米二氧化钛的反应时间为25～35min；
或，硬脂酸与纳米二氧化钛反应体系的溶剂为乙醇。


3.如权利要求1所述的pH响应性超疏水涂层材料的制备方法，其特征是，纳米二氧化钛与壳聚糖的质量比为6.9～7.1:1；
或，纳米二氧化钛的粒径为10～25nm，壳聚糖的粒径为400～800nm；
或，硬脂酸/纳米二氧化钛复合物与壳聚糖的反应温度为室温；
或，硬脂酸/纳米二氧化钛复合物与壳聚糖的反应时间15～25min。


4.一种pH响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶芙蓉，任金瓶，闫玉玲，刘利彬，崔月芝，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37