一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将超疏水悬浊液悬涂、浸涂或喷涂于滤纸上；再将得到的滤纸进行干燥；所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯0.5～5％w/v、纳米二氧化钛0.2～6％w/v、低表面能物质0.5～5％w/v、纳米二氧化硅0～6％w/v，余量为无水乙醇。本发明专利技术中的超疏水滤纸可用于油水混合物分离、油水乳液分离，以及用于制备Janus膜，且本发明专利技术原料易得，制备方法简单，成本低，可反复使用，易于处置，适于规模化生产与应用，具有广泛的社会效益和经济价值。社会效益和经济价值。社会效益和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有机无机复合功能材料
，尤其涉及一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]纤维素基滤纸具有吸湿性、经济性、可持续性和生物降解性，在我们的日常生活中应用广泛。与金属网膜或其他硬质材料相比，纸基材料具有柔软、易成形等优点，用于油水分离材料的制备具有独特优势。尽管滤纸表面含有大量可用于功能化的羟基使其表面出亲水性，但基于滤纸也可以开发出不可润湿的特性用于不同的用途。虽然已有关于将亲水滤纸转变为具有疏水或双疏性质的滤纸的报道，但大多数的情况下复杂的制备程序和设备、高成本、耗时长和表面相容性差等缺陷还是在一定程度上阻碍了疏水/疏油普通滤纸的实际应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用，制备方法简便有效，制备得到超疏水滤纸不仅具有油水分离而且能实现乳液分离。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0005]一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，包括以下步骤：将超疏水悬浊液悬涂、浸涂或喷涂于滤纸上；再将得到的滤纸进行干燥；
[0006]所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯0.5～5％w/v、纳米二氧化钛0.2～6％w/v、低表面能物质0.5～5％w/v、纳米二氧化硅0～6％w/v，余量为无水乙醇。
[0007]上述超疏水悬浊液中，原硅酸四乙酯和低表面能物质能与滤纸上的羟基发生反应，分别键合在滤纸上，另外纳米二氧化钛、纳米二氧化硅表面少量的羟基与添加的低表面能物质(例如全氟辛基三氯硅烷)发生反应，其表面也可能包裹一层底表面能物质。而经过上述修饰的纳米二氧化钛、纳米二氧化硅可构建滤纸表面的粗糙度，且低表面能物质进一步使得滤纸的表面能降低，从而制备得到表面超疏水的滤纸。
[0008]优选的，所述滤纸为经过纳秒激光打孔的滤纸和/或未经过纳秒激光打孔的滤纸；所述经过纳秒激光打孔的滤纸、未经过纳秒激光打孔的滤纸均为快速定性滤纸、中速定性滤纸、慢速定性滤纸、快速定量滤纸、中速定量滤纸、慢速定量滤纸中的一种或多种；所述经过纳秒激光打孔为采用激光雕刻机打孔，打孔孔径大小为100～500μm。具体可为在边长是2cm正方形区域内打上100个孔，正方形排列，每行每列都是10个，孔径大小可为100μm、200μm，300μm、400μm或500μm。
[0009]其中，当所述滤纸为未经过纳秒激光打孔的滤纸时，超疏水滤纸的制备方法包括以下步骤：将超疏水悬浊液悬涂、浸涂或喷涂于滤纸上；再将得到的滤纸进行干燥；然后将所得滤纸经过纳秒激光打孔为采用激光雕刻机打孔，打孔孔径大小为100～500μm。
[0010]优选的，所述纳米二氧化钛由以下组分组成：粒径为10～30nm的纳米二氧化钛30～100％wt、粒径为90～130nm的纳米二氧化钛0～70％wt。其中，两种不同粒径的纳米二氧化钛的占比可均为50％。
[0011]本专利技术将上述粒径的纳米二氧化钛进行配合，更容易构建滤纸表面的粗糙度，从而制备得到性能优异的表面超疏水的滤纸。
[0012]所述低表面能物质为氟氯硅烷、含氟的烷基硅烷、长链烷基的氯硅烷及长链烷基的乙氧基硅烷中的一种或多种；其中，所述氟氯硅烷包括1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三氯硅烷；所述长链烷基的氯硅烷包括十八烷基三氯硅烷；进一步优选的，所述低表面能物质为1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷中的一种或两种；
[0013]所述纳米二氧化硅粒径为20～40nm。
[0014]优选的，所述超疏水悬浊液由以下方法制备得到：按配比称取原硅酸四乙酯、纳米二氧化钛、低表面能物质，纳米二氧化硅，混合后加入无水乙醇，超声分散10～30min，即得所述超疏水悬浊液。
[0015]优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：将滤纸浸没于超疏水悬浊液中，超声处理10～60s，将超疏水悬浊液浸涂于滤纸上；取出滤纸后进行干燥；所述干燥为自然干燥或加热烘干。上述超声处理时间如果过长，滤纸有可能变脆，容易穿孔。
[0016]优选的，所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯1％w/v、纳米二氧化钛3％w/v、低表面能物1％w/v，余量为无水乙醇。通过该配方的超疏水悬浊液制备得到的超疏水滤纸，具有优异的超疏水性能，但不具备超疏油性能。
[0017]优选的，所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯1％w/v、纳米二氧化钛3％w/v、纳米二氧化硅3％w/v、低表面能物质1％w/v，余量为无水乙醇。通过该配方的超疏水悬浊液可制备得到的超疏水滤纸，具有超疏水性能，又具有超疏油性能。
[0018]作为一个总的专利技术构思，本专利技术提供了一种通过上述制备方法制备得到的紫外光智能响应的超疏水滤纸。
[0019]作为一个总的专利技术构思，本专利技术提供了一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的应用，具体为将所述超疏水滤纸用于油水混合物分离、油水乳液分离。
[0020]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的应用，具体为将所述超疏水滤纸用于制备Janus膜。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022](1)本专利技术制备方法能够将实验室普通滤纸从亲水性滤纸转变为超疏水滤纸，或转变为高疏水且高疏油的滤纸，该制备方法直接、简便有效。本专利技术制备方法不需要复杂的合成化学技术、也不需要过长的反应时间，仅仅是选择合适孔径的定性或定量滤纸，通过纳米颗粒、低表面能物质等的沉积即可实现滤纸表面的防水，以及油水混合物、油水乳液的分离。
[0023](2)本专利技术中经过修饰的二氧化钛以及含有该二氧化钛的混合纳米颗粒具有紫外光响应特性，可实现有机污染物的去除；根据光照时间长短，还可调控其表面润湿性，制备成Janus滤纸，实现水或油滴的单向传输。
[0024](3)本专利技术材料易得，造价低，稳定性好，可反复使用，易于处置，并适于大规模制备与应用。本专利技术结合了天然高分子材料与无机纳米材料的优点，分别制备了超疏水滤纸
以及超疏水且超疏油滤纸，实现油水分离。通过调节滤纸的孔径尺寸，实现了乳液的分离及液滴的在气液及液液体系中的单向传输。本专利技术方法工艺简单、成本低、节能环保；使用后的滤纸易于处置，可回收利用或焚烧，环境友好，适于规模化生产与应用，具有广泛的社会效益和经济价值。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为实施例1中水包油乳液经超疏水滤纸分离前后的可视图及光学显微镜图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将超疏水悬浊液悬涂、浸涂或喷涂于滤纸上；再将得到的滤纸进行干燥；所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯0.5～5％w/v、纳米二氧化钛0.2～6％w/v、低表面能物质0.5～5％w/v、纳米二氧化硅0～6％w/v，余量为无水乙醇。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述滤纸为经过纳秒激光打孔的滤纸和/或未经过纳秒激光打孔的滤纸；所述经过纳秒激光打孔的滤纸、未经过纳秒激光打孔的滤纸均为快速定性滤纸、中速定性滤纸、慢速定性滤纸、快速定量滤纸、中速定量滤纸、慢速定量滤纸中的一种或多种；所述经过纳秒激光打孔为采用激光雕刻机打孔，打孔孔径大小为100～500μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛由以下组分组成：粒径为10～30nm的纳米二氧化钛30～100％wt、粒径为90～130nm的纳米二氧化钛0～70％wt；所述低表面能物质为氟氯硅烷、含氟的烷基硅烷、长链烷基的氯硅烷及长链烷基的乙氧基硅烷中的一种或多种；其中，所述氟氯硅烷包括1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三氯硅烷；所述长链烷基的氯硅烷包括十八烷基三氯硅烷；所述纳米二氧化硅粒径为20～40nm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张裕平，刘骏，王宁，陈源，栾聪聪，陈德亮，陈孟军，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：