一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网的制备方法技术

一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网及其制备方法，属于环保材料领域。所述的超疏水涂层及油水分离网由埃洛石、表面修饰剂和基底材料三部分构成。生产主要包括埃洛石的表面修饰以及涂层和油水分离网的制备两个步骤。所述埃洛石具有纳米管结构；所述表面修饰剂具有较低的表面能；所述的制备工艺简单、成本低廉、可大规模制备。本发明专利技术公开的超疏水涂层及油水分离网的疏水性来自于表面埃洛石构筑的粗糙结构和低表面能十六烷基三甲氧基硅烷的协同作用。本发明专利技术公开的超疏水涂层具有高的水接触角，可以应用于自清洁和油水分离领域。

【技术实现步骤摘要】
一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网的制备方法
本专利技术涉及环保材料领域，尤其涉及一种低成本、可规模化生产，应用于表面自清洁涂层及油水分离网的制备方法。
技术介绍
石油/有机溶剂的泄漏会造成严重的环境问题，不仅会造成水的污染，还会造成石油的浪费，这就需要大量的能源消耗和经济负担来进行水的修复。超疏水超亲油材料因其特殊的润湿性受到关注，在自清洁、防结冰、防腐蚀和油水分离等领域得到广泛应用，其中，油水分离是解决上述问题的一种途径。超疏水材料的制备方法发展迅速，包括化学模板法、刻蚀法和静电纺丝法等，但存在制备过程复杂、成本昂贵和无法大规模制备等缺陷。本专利技术以廉价的天然矿物埃洛石纳米管为原料，协同低表面能的聚硅氧烷修饰，制备了性能优异的超疏水复合材料，再通过简单的喷涂工艺，可在不同基底上形成超疏水涂层或滤网，应用于自清洁和油水分离。
技术实现思路
本专利技术了公开了天然矿物基超疏水涂层及油水分离网，该材料通过埃洛石构筑的微/纳米结构和十六烷基三甲氧基硅烷的低表面能实现超疏水性，将样品悬浮液直接喷涂在基底材料表面上，可以制备出具有自清洁性能的超疏水涂层和用于油水分离的过滤网，其设备和操作十分简单，可以实现大规模制备生产。一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网，其特征在于其组成为：埃洛石纳米管，表面修饰的十六烷基三甲氧基硅烷，基底材料；通过埃洛石构筑的微/纳米结构和十六烷基三甲氧基硅烷的低表面能实现超疏水性，可应用于自清洁和油水分离。进一步地，以廉价天然矿物埃洛石纳米管的随意堆叠构筑所需要的粗糙度，协同低表面能十六烷基三甲氧基硅烷，实现超疏水。进一步地，所述埃洛石的长度为100nm-5μm，外径为10-200nm，内径为5-80nm。进一步地，所述基底材料为玻璃片、织物、碳钢、A4纸、木材和不锈钢网，基底材料的长和宽的范围为1-100cm。如上所述天然矿物基超疏水涂层及油水分离网的制备方法，其特征在于制备步骤为：(1)基底材料预处理：将清洗好的基底材料经过预处理后干燥备用；(2)超疏水悬浮液的制备：将埃洛石超声分散于无水乙醇和氨水的混合溶液中，超声时间为0.5-3h，在200-900r/min的磁力搅拌下加入十六烷基三甲氧基硅烷，然后室温条件下持续搅拌反应2-10h，取离心后的沉淀，超声分散在无水乙醇中；(3)超疏水涂层及油水分离网的制备：将制备得到的超疏水悬浮液的制备喷涂到基底材料上，在50-100℃条件下干燥5-20h。进一步地，步骤(2)所述氨水的加入量占溶剂体积的10-30％。进一步地，步骤(2)中加入的十六烷基三甲氧基硅烷重量为埃洛石的1-3倍。进一步地，步骤(2)中离心后的沉淀分散所需要的无水乙醇的量为20-100mL/g。本专利技术的有益效果：(1)使用廉价的天然矿物埃洛石为原料，制备的涂层具有高的水接触角，约为156.0°，涂料可喷涂多种基底材料上，操作工艺十分简单，可实现大规模制备，且具有非常好的自清洁性能。(2)制备的油水分离网具有非常好的油水分离效果，可实现对多种油/有机溶剂与水的混合溶液的分离，分离效率均达到85％以上，循环稳定性较好。附图说明图1为实施例1所制备的天然矿物基超疏水涂层的电镜图片和接触角。图a是SEM图，图b是TEM图，可以看出疏水修饰后制备出的材料构造的表面在微纳米尺度具有粗糙度，硅氧烷包覆在埃洛石的表面，使埃洛石紧密连接在一起，形成一个高度交联的网络状涂层。c和d分别是涂层表面水滴的实物图和接触角，可以看出涂层具有超疏水性。图2为实施例2所制备的油水分离网的表征图，其中图a为SEM图，可以看出，样品在不锈钢网丝上不规则堆积，但仍然可以清楚地观察到不锈钢网孔，表明样品并没有堵塞网状孔，有机试剂可以顺利通过网孔，达到油水分离的目的。图b是不锈钢过滤网的接触角，约为145.7±0.1°，表现出较好的疏水性能。图c展示了不锈钢过滤网对甲苯、正己烷、大豆油、泵油、氯仿5种不同类型的油水混合液的分离效果，其分离效率均在85％以上，对甲苯和水的混合溶液的分离效率达到96.14％。用甲苯和水的混合物进行了5次循环实验，结果如图d所示，5次循环后过滤网仍保持92.73％的分离效率，具有比较好的循环稳定性。具体实施方式实施例1：(1)基底材料预处理：将玻璃基底材料裁成需要的大小(5-10cm)，将清洗好的玻璃片用乙醇超声清洗30min后干燥备用；(2)超疏水悬浮液的制备：将1重量份埃洛石超声分散于79重量份无水乙醇和18.2重量份氨水中，在500r/min的磁力搅拌下，加入1.1重量份十六烷基三甲氧基硅烷，然后室温条件下持续搅拌反应2h，在6000r/min的转速下离心5分钟，取离心后的沉淀，超声分散在15.8重量份的无水乙醇。(3)超疏水涂层的制备：将制备得到的超疏水悬浮液的制备喷涂到玻璃片上，将喷涂压力设置为0.2MPa，喷涂距离为10厘米，在60℃条件下干燥5h。实施例2：(1)基底材料预处理：将不锈钢网基底材料裁成需要的大小(5-10cm)，将清洗好的不锈钢网用乙醇超声清洗30min后干燥备用；(2)超疏水悬浮液的制备：将1重量份埃洛石超声分散于79重量份无水乙醇和18.2重量份氨水中，在500r/min的磁力搅拌下，加入1.1重量份十六烷基三甲氧基硅烷，然后室温条件下持续搅拌反应2h，在6000r/min的转速下离心5分钟，取离心后的沉淀，超声分散在15.8重量份的无水乙醇。(3)油水分离网的制备：将制备得到的超疏水悬浮液的制备喷涂到不锈钢网上，将喷涂压力设置为0.2MPa，喷涂距离为10厘米，在60℃条件下干燥5h。实施例3：(1)基底材料预处理：将织物/木材/碳钢片基底材料裁成需要的大小(5-10cm)，将清洗好的织物/木材/碳钢片用乙醇超声清洗30min后干燥备用；(2)超疏水悬浮液的制备：将1重量份埃洛石超声分散于79重量份无水乙醇和18.2重量份氨水中，在500r/min的磁力搅拌下，加入1.1重量份十六烷基三甲氧基硅烷，然后室温条件下持续搅拌反应2h，在6000r/min的转速下离心5分钟，取离心后的沉淀，超声分散在15.8重量份的无水乙醇。(3)超疏水涂层的制备：将制备得到的超疏水悬浮液的制备喷涂到织物/木材/碳钢片上，将喷涂压力设置为0.2MPa，喷涂距离为10厘米，在60℃条件下干燥5h。本专利技术包括但不限于以上实施例，凡是在本专利技术精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网，其特征在于其组成为：埃洛石纳米管，表面修饰的十六烷基三甲氧基硅烷，基底材料；通过埃洛石构筑的微/纳米结构和十六烷基三甲氧基硅烷的低表面能实现超疏水性，可应用于自清洁和油水分离。/n

【技术特征摘要】
1.一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网，其特征在于其组成为：埃洛石纳米管，表面修饰的十六烷基三甲氧基硅烷，基底材料；通过埃洛石构筑的微/纳米结构和十六烷基三甲氧基硅烷的低表面能实现超疏水性，可应用于自清洁和油水分离。


2.根据权利要求1所述的一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网，其特征在于，以廉价天然矿物埃洛石纳米管的随意堆叠构筑所需要的粗糙度，协同低表面能十六烷基三甲氧基硅烷，实现超疏水。


3.根据权利要求1所述的一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网，其特征在于所述埃洛石的长度为100nm-5μm，外径为10-200nm，内径为5-80nm。


4.根据权利要求1所述的一种天然矿物基超疏水涂层及油水分离网，其特征在于，所述基底材料为玻璃片、织物、碳钢、A4纸、木材和不锈钢网，基底材料的长和宽的范围为1-100cm。


5.如权利要求1所述天然矿物基超疏水涂层及油水分离网的制备方法，其特征在于制备步骤为：
(1)基...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁启鹏，曾丽，曹文斌，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11