一种超疏水改性纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种超疏水改性纳米材料及其制备方法和应用，属于超疏水材料领域。本发明专利技术将含有氨基的纳米材料与丙烯酸蓖麻油、丙烯酸腰果酚或腰果酚缩水甘油醚在溶剂中混合反应，反应温度0~50℃，反应时间6~36h，得到生物基超疏水纳米材料。本发明专利技术使用天然可再生、绿色环保、价格低廉的蓖麻油或腰果酚为原料，反应得到丙烯酸蓖麻油、丙烯酸腰果酚、腰果酚缩水甘油醚，然后对含有氨基的纳米材料进行疏水改性，改性后的纳米材料表现出良好的疏水性能，稳定接触角均高达160

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水改性纳米材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于超疏水材料领域，具体地说，涉及一种超疏水改性纳米材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，金属有机框架、碳纳米管、石墨烯、二氧化硅、二氧化钛等纳米材料被广泛应用于纳米电子器件、医学健康、航空航天、生物技术等领域。为提高纳米材料的化学反应性、分散性等性能，需要对其进行化学修饰。例如，碳纳米管的比表面积大、表面能高，碳纳米管之间以较强的范德华力团聚、弯曲缠结在一起，减小了碳纳米管对复合材料的增强效果，为使碳纳米管均匀地分散在聚合物基体中，并与聚合物之间形成较强的界面结合强度，可以对其进行氨基化的化学修饰；又如，为保证石墨烯与基体材料的界面结合，或利用石墨烯表面的功能性基团与其他材料发生复合反应，可以通过化学改性在石墨烯的表面引入氨基、羧基等基团。一般来说，对纳米材料进行修饰可以更好地发挥纳米材料本身的性能。
[0003]然而，这些被化学修饰的纳米材料在强酸、强碱或高盐等严酷环境中的稳定性较差，极大的限制了在一些特殊领域中的应用，其原因是材料的疏水性能不佳（接触角一般低于90
°
），导致孔道与水大量接触，材料表面被水浸润而发生性能下降。
[0004]因此，需要对其进行改进。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种采用天然可再生、绿色环保、价格低廉的蓖麻油或腰果酚为原料对纳米材料进行超疏水改性的方法，本专利技术的另一目的在于提供该方法制得的纳米材料，本专利技术还有一目的在于提供该纳米材料的应用。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种超疏水改性纳米材料的制备方法，将含有氨基的纳米材料与丙烯酸蓖麻油、丙烯酸腰果酚或腰果酚缩水甘油醚在溶剂中混合反应，反应温度0~50℃，反应时间6~36h，得到生物基超疏水纳米材料。
[0007]优选的，反应温度25℃，反应时间12~24h。
[0008]优选的，含有氨基的纳米材料与丙烯酸蓖麻油、丙烯酸腰果酚或腰果酚缩水甘油醚反应的质量比为1:5~1:10。
[0009]优选的，所述的溶剂为乙醇。
[0010]优选的，所述的丙烯酸蓖麻油及丙烯酸腰果酚的制备方法为将蓖麻油或腰果酚与丙烯酸进行酯化反应，经分离纯化后得到丙烯酸蓖麻油或丙烯酸腰果酚。
[0011]优选的，所述的腰果酚缩水甘油醚的制备方法为将腰果酚与环氧氯丙烷进行取代反应，经分离纯化后得到腰果酚缩水甘油醚。
[0012]优选的，所述的含有氨基的纳米材料为UiO
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NH2、氨基化碳纳米管、氨基化石墨
烯、氨基化二氧化硅、氨基化二氧化钛中的一种或两种以上。
[0013]前述方法制备得到的超疏水改性纳米材料。
[0014]前述制备方法制备得到的超疏水改性纳米材料在油水分离、自清洁、医学或防覆冰方面的应用。
[0015]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术使用天然可再生、绿色环保、价格低廉的蓖麻油或腰果酚为原料，反应得到丙烯酸蓖麻油、丙烯酸腰果酚、腰果酚缩水甘油醚，然后对含有氨基的纳米材料进行疏水改性，改性后的纳米材料表现出良好的疏水性能，稳定接触角均高达160
°
以上，油水分离效率高达99%左右，在油水分离、自清洁、医学、防覆冰等领域具有良好的应用前景。
[0016]（2）本专利技术的制备方法的普适性极强，适用于金属有机框架、碳纳米管、石墨烯、二氧化硅、二氧化钛等纳米材料的超疏水改性，对于超疏水纳米材料的制备具有重要的理论和实际意义。
[0017]（3）本专利技术的制备方法工艺简单、成本低廉、可操作性强、易于实施。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的丙烯酸蓖麻油的反应示意图；图2为本专利技术的丙烯酸腰果酚的反应示意图；图3为本专利技术的腰果酚缩水甘油醚的反应示意图；图4为本专利技术的实施例1的超疏水UiO
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NH2的接触角测试图；图5为本专利技术的实施例2的超疏水UiO
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NH2的接触角测试图；图6为本专利技术的实施例3的超疏水UiO
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NH2的接触角测试图；图7为本专利技术的实施例4的超疏水氨基化碳纳米管的接触角测试图；图8为本专利技术的实施例5的超疏水氨基化二氧化硅的接触角测试图；图9为本专利技术的实施例6的超疏水氨基化二氧化钛的接触角测试图；图10为本专利技术的实施例7的超疏水氨基化石墨烯的接触角测试图；图11为本专利技术的实施例1~7所得超疏水纳米材料的二氯甲烷分离效率测试图。
具体实施方式
[0019]下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。
[0020]各实施例采用的原料来源如下：蓖麻油：上海凌峰化学试剂公司，CAS号8001
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4；腰果酚：江苏雷恩环保科技有限公司，工业纯，CAS号501
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24
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6；UiO
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NH2：江苏先丰纳米材料科技有限公司，CAS号1072413
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8，编号XFF32
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2；氨基化碳纳米管：江苏先丰纳米材料科技有限公司，CAS号1333
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4，编号XFM62；氨基化石墨烯：江苏先丰纳米材料科技有限公司，CAS号7440
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44
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0，货号100017；氨基化二氧化硅：江苏先丰纳米材料科技有限公司，尺寸：150nm，货号：103747；氨基化二氧化钛：上海甄准生物科技有限公司，尺寸：100nm，货号：ZMN
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220320
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10；
其余原料均为常规市售化学品。
[0021]实施例1参照图1所示的丙烯酸蓖麻油的制备过程：蓖麻油、阻聚剂对苯二酚于氮气保护下升温至160 ℃，滴加丙烯酸，升温至230 ℃，继续反应3.5 h，降温后得到丙烯酸蓖麻油粗品，蓖麻油、丙烯酸和对苯二酚的质量比为50:12:3；粉碎后溶解于体积比为95:5的石油醚/乙酸乙酯混合溶剂中，加热至溶剂回流3 h，冷却至室温后继续搅拌3 h，减压抽滤，在乙酸乙酯中重结晶后得到丙烯酸蓖麻油。
[0022]丙烯酸蓖麻油、UiO
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NH2加入到装有20mL无水乙醇的烧杯中，室温下反应12h，反应结束后得到超疏水UiO
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NH2粗品，其中丙烯酸蓖麻油和UiO
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NH2的质量比为5:1；使用无水乙醇清洗数次，在60℃条件下真空干燥，即得超疏水UiO
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NH2。
[0023]实施例2参照图2所示的丙烯酸腰果酚的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超疏水改性纳米材料的制备方法，其特征在于，将含有氨基的纳米材料与丙烯酸蓖麻油、丙烯酸腰果酚或腰果酚缩水甘油醚在溶剂中混合反应，反应温度0~50℃，反应时间6~36h，得到超疏水改性纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，反应温度25℃，反应时间12~24h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，含有氨基的纳米材料与丙烯酸蓖麻油、丙烯酸腰果酚或腰果酚缩水甘油醚反应的质量比为1:1~1:5。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为乙醇。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的丙烯酸蓖麻油及丙烯酸腰果酚的制备方法为将蓖麻油或腰果酚与丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张猛，赵宝正，宋飞，周永红，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：