材料润湿性调控及其应用于油/水混合物分离的研究进展

油水混合物(包括油水分层相及其乳液)广泛存在于油井采出液、工业循环水及污染海水中,而目前依然缺乏有效的方法能够实现其高效分离,而通过构筑具有三维网络结构的油水润湿界面为以上问题解决提供了新思路.本文综述了利用特殊润湿性分离油/水混合物的材料的研究进展;针对不同的特殊润湿性,不同的油/水混合物等对这些分离材料进行了总结与评述;提出了目前特殊润湿性材料存在的不足之处,并对未来研究方向进行展望.     

基于特殊润湿性材料的油水分离

频繁发生的石油泄漏事故以及工业含油污水的违规排放不仅造成了巨大的经济损失,而且严重破坏了人类赖以生存的生态环境。为了净化被油污染的水域,研究者们近年来开始研究出了各种特殊润湿性(如超疏水或超疏油)的材料用于实现油水分离。超疏水和超疏油可以通过设计材料表面的微观几何形貌和化学分子组成来获得。通过各种微纳制备手段使材料表现出对油和水截然相反的极端润湿性,是这类材料实现油水分离的关键所在。本文首先阐述了实现油水分离的重要意义,并介绍了材料表面润湿性的相关理论基础。根据材料对水和油所表现出的不同超疏液性与超亲液性,对油水分离材料从以下三类分别介绍：(ⅰ)超疏水/超亲油材料,(ⅱ)超疏油/超亲水材料,(ⅲ)智能响应润湿性材料。对于每一类油水分离材料,本文概括了国际上近期相关的代表性研究工作,包括材料的制备方法和实现油水分离的原理和过程,以及这些材料的主要特点和应用。最后,针对基于特殊润湿性材料实现油水分离,探讨了该研究领域目前存在的主要问题和面临的挑战,并对该领域的应用前景进行了展望。     

智能响应型超浸润材料

近年来,超浸润材料由于自身所具备的各种新颖及优异的性能受到越来越多的关注,在实际生活和工业生产领域中都发挥着举足轻重的作用。但是随着制备技术的不断进步和研究的逐渐深入,现有的单一型的超浸润材料已经不能满足现实生活的各项需求。在此基础上,可响应于外部刺激的超浸润材料,即智能响应型超浸润材料应运而生。本文首先介绍了固体表面润湿性的基础理论,然后根据外部刺激的不同,综述了温度响应型、光响应型、pH响应型和电势响应型等智能响应型超浸润材料的研究与进展,以及从微纳米尺度上揭示表面粗糙度对于达到超浸润转换的重要性,并且对各自的润湿性转换机理与性能进行了总结归纳。最后指出了智能响应型材料存在的问题,并对未来的主要研究方向进行展望。     

超疏水滤纸的制备与应用

对SiO2纳米粒子进行硅烷化改性,再将其修饰到滤纸上,制备出静态水接触角＞150°的超疏水滤纸,对制备条件进行了优化。 用热重分析及扫描电子显微镜对超疏水滤纸表征后发现,二氧化硅纳米粒子在滤纸纤维表面形成一层包裹层,即纳米级粗糙结构,这种结构对滤纸的疏水性具有关键作用。 对滤纸的油水分离性能进行了研究,发现其对非均相体系和高粘度油水混合物具有很好的分离效果。     

一种可用于光降解的纳米氧化锌油水分离网

通过低温水热法在钢丝网上生长六棱柱形的氧化锌纳米柱.包覆了氧化锌纳米柱的钢丝网具有水下超疏油的特殊浸润性,并可用于油水分离.滤网在室温常压下可对含有汽油、柴油和原油等油水混合物进行高效快速分离,分离效率可达98%以上.材料可以承受1.4 kPa的油层压力且可反复使用.由于氧化锌的光响应性强,滤网可快速降解水中的亚甲基蓝,2 h的降解率可达80%.包覆了氧化锌纳米柱的钢丝网具备同时进行油水分离和降解环境中污染物的能力,是一种新型多功能水处理材料.     

AgBrI超细颗粒乳剂的电性能和感光性能

70年代,人们对纳米粒子的“量子尺寸效应”和它的介观相特性进行了初步的研究。近20年来,这一领域得到了迅速的发展。它们的发展在很大程度上推动了照相化学的发展,对揭示照相过程中潜影银簇、显影银丝等和超细粒子有关的特殊现象的本质及机理有着不可低估的作用。     

油水分离用天然材料表面化学研究进展

油水乳液和油水混合物的分离对解决工业含油废水以及原油泄漏造成的污染问题具有重要的意义。近年来应用于油水分离的超润湿材料引起了广泛的关注,并展现出良好的应用前景。本文综述了近年来利用超润湿性低成本、环保的天然材料通过过滤和吸附技术分离油水乳液和混合物的研究进展。对于每一种天然材料,如沙粒、木材、椰子壳等,介绍了代表性的研究工作,阐述了其制备过程、润湿特性以及对油水混合物或者油水乳液的分离效果,并讨论了利用超亲水/水下超疏油、超疏水/超亲油两种类型的材料分离不混溶的油水混合物、"水包油"型乳液和"油包水"型乳液等三类油水混合物的物理化学机理。最后,对该领域的挑战和未来的发展方向进行了展望。     

用于分离油水乳液的先进材料

海洋原油泄漏事故的频发以及工业污水排放量的日益增加,给生态环境和人类健康造成了巨大的威胁,因此,开发应用于油水分离的先进材料是重要的研究任务。相较于不混溶的油水混合物,油水乳液(也称为乳化油水)的分离是一个更加艰巨的挑战。本文以分离油水乳液的材料作为研究体系,首先从本质上分析了油水乳液的形成机理以及分离原理,强调了“尺寸筛分”效应和膜破乳技术的重要性;然后从基材的角度全面介绍并讨论了常用于分离乳化油水的先进材料的最新进展,详细阐述了各种不同改性方法在油水分离领域中的应用。对材料进行改性的出发点是“合适的孔径”以及“特殊润湿性能”,并能满足优异的分离能力、渗透能力、抗污染能力、机械能力和稳定性,而这些性能在实际的分离操作中是非常关键的。环境系统在未来会变得越来越复杂,真实环境下的油水乳液大多含有较多的污染物,而且分离条件大多较苛刻,因此油水分离材料需要不断地改进,以满足这样的条件。我们相信,未来能在苛刻条件下高效分离多种油水乳液和其他杂质的多功能性先进材料会有巨大的应用前景。     

功能化超疏水材料的研究与发展

超疏水材料由于其独特的自清洁性能在日常生活和工业领域中有着广泛的应用前景。目前,随着单一功能化超疏水材料研究的成熟,超疏水材料性能的多样性,如透明性、耐磨耐久性、润湿性转换等,在基础研究和实际应用中受到了广泛的关注。透明超疏水涂层除了具备一般超疏水涂层的性能外还具有良好的透光性;而提高超疏水材料的耐磨耐久性在实际应用中具有极为重要的意义;润湿性转换则扩展了超疏水表面在油水分离等方面的应用。虽然已有较多关于超疏水材料的研究,但仍然无法满足人们对超疏水表面功能性的需求,因此研究功能化超疏水涂层具有更加深远的意义。本文综述了超疏水材料在透明性,耐磨耐久性,润湿性转换以及混合物分离等方面的研究进展,并展望了超疏水材料领域未来的研究热点和发展方向。     

微多相光催化的进展

七十年代后期,以太阳能化学转化和储存为主要背景的微多相光催化——催化学科的一个新领域,逐渐发展起来。本文将从微多相光催化反应、光腐蚀及其抑制、光催化效率、新的半导体催化剂材料等方面对这一领域进行简要介绍。 微多相光催化过程与光电化学过程有着相似的原理。     

模板法合成纳米结构材料

模板法（包括硬模板和软模板法）是制备纳米结构材料的常用方法,可用来制备多种物质的各种形状（如：球形粒子、一维纳米棒、纳米线、纳米管以及二维有序阵列等）的纳米结构,近年来关于这一领域的研究较为活跃。本文介绍了近年来利用氧化铝、二氧化硅、碳纳米管、表面活性剂、聚合物、生物分子等作模板制备多种物质的纳米结构材料的一些进展。     

纳米零价铁去除水中重金属离子的研究进展

重金属离子危害严重.本文综述了近几年纳米零价铁去除水中重金属离子的研究,总结了纳米零价铁去除水中重金属离子的机理,主要包括:纳米零价铁的表面吸附-配合、还原、吸附-还原,并对纳米零价铁在这一领域的应用进行了展望.     

亚表面引发原子转移自由基聚合构筑温度响应型纳米纤维油水分离膜

亚表面引发聚合是一种用于制备共价嵌入型聚合物刷的新型改性策略. 该方法在发展高稳定性聚合物刷功能化表界面材料方面具有显著的优势. 本工作利用亚表面引发原子转移自由基聚合(sSI-ATRP)对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)基纳米纤维膜进行亚表面改性, 通过接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)制备了温度响应型纳米纤维油水分离膜(PAN-sg-PNIPAM). 当温度低于低临界溶解温度(LCST)时, PNIPAM链与水分子之间的强氢键作用使得聚合物链完全伸展, 分离膜表面亲水且对油滴具有非常低的粘附力, 对油水乳液具有非常高的分离效率(达98.7%); 当温度高于LCST时, PNIPAM链失水收缩, 膜表面变得更加疏水且对油滴的粘附力显著增加, 其油水乳液分离效率显著降低, 仅为9.1%. 此外, 由于共价嵌入聚合物刷的高稳定性, 该分离膜在4 kPa压力下, 20 ℃和45 ℃之间可逆切换10个循环后, 仍能保持非常稳定的渗透通量. 本研究为发展高稳定性的智能型油水分离膜提供了一种新方法.     

具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究

本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法，表面结构对超疏水性能的影响，周期性结构表面超疏水的条件，超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究，探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。     

基于原位结晶苯膦酸锆膜的油水分离网的制备及应用

运用水热法在铜网表面原位结晶生长苯膦酸锆,获得微纳米级粗糙结构,且苯环排列在苯膦酸锆表面的最外层,使铜网具有超疏水和超亲油的性质,无需任何低表面能物质修饰,即可对油水混合物进行分离.苯膦酸锆层与基底存在一定的结合力,具有机械稳定性;同时又具有抗酸碱的化学稳定性.这种油水分离网不仅能够实现油水混合物的分离,还可以实现乳化油的油水分离,在实际生产运用过程中具有较好的应用前景.     

聚合物纳米杂化高性能光功能材料

近年来材料科学与技术的不断发展,对光学材料提出了高性能化和多功能化的需求,为此,研究者们结合传统有机聚合物光学材料和无机光学材料的优势,提出了备受关注的聚合物纳米粒子杂化的策略.本文首先概述了针对杂化材料透光性进行控制的杂化方法,指出杂化方法的选择很大程度上与材料性质尤其是纳米相的性质相关,而杂化方法的目的则在于实现纳米杂化材料的透光性控制,纳米杂化光功能材料实现功能的前提即为透光性.随后,分别介绍了聚合物纳米杂化策略在高折射率材料与发光材料中的应用.对于高折射率材料,总结了提升材料折射率的不同策略.对于发光材料,总结了基于聚合物相和纳米相之间不同的相互作用而采用各种杂化方式以及相关的性能提升.接下来,讨论了聚合物纳米杂化光功能材料在光学和机械、热学、表面性能方面的调控手段和性能提升的策略.最后,提出了下一代光学杂化材料所面临的困难与挑战,以进一步推动这一领域的发展.     

三聚氰胺海绵的一步式协同超疏水改性及在油水分离中的应用

通过硝酸(HNO₃)实现两亲性三聚氰胺海绵(MS)的一步式协同超疏水改性, 从而得到了一种具有优异性能的油水分离材料——硝酸改性三聚氰胺海绵(HMMS). 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 热重(TG)和扫描电子显微镜(SEM)对HMMS的结构、 形貌和组分进行了表征, 并对其表面润湿性、 机械性能、 吸附性能和油水分离性能等进行了研究. 结果表明, HMMS具有超疏水性, 以及优异的机械性能、 循环使用能力、 选择性吸附能力, 对油水混合物的连续分离效率可达6×10 ⁶ L?m ^-3?h ^-1, 并且可在苛刻的使用环境中保持稳定的物理化学性质.     

超疏水超亲油铜网的制备及其在油水分离中的应用

以铜网为基底,通过浸涂法在其表面制得超疏水超亲油有机-无机复合薄膜,水滴、油滴在其表面的接触角分别为152°和10°。 线性低密度聚乙烯-SiO₂纳米球构成的复合阶层结构及低表面能线性低密度聚乙烯涂层的协同作用使铜网产生独特的润湿性。 该铜网具有很好的自清洁性和抗腐蚀性,可用于油水混合物的有效分离。 与传统方法相比,该方法制备超疏水-超亲油薄膜方法简单、成本低、无氟,有望在实践中得到应用。     

表面活性(可控)接枝聚合研究进展

表面是材料与外界接触的窗口,材料的众多性质,如耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性等均在很大程度上取决于表面的构成.可通过在材料表面接枝不同的聚合物链使之满足不同的需要.表面引发的活性(可控)聚合可得到分布均匀、厚度可控的接枝层,因而成为表面改性中的重要方法.本文介绍了一系列表面引发的活性(可控)聚合技术及其应用举例,对这一领域所取得的研究进展及现状作一综述.     

金纳米粒子组装结构中的表面重组现象

以纳米粒子为基本结构单元构筑的各种二维或三维超晶格结构受到了广泛的重视［１］．人们的兴趣一方面来源于在纳米尺度上控制材料结构 ,另一方面则因为组织化的纳米材料或结构具有独特的性质 ,以期在非线性光学、纳米电子学等前沿领域得到应用［２］．当前研究最多的结构形式是固体表面上的纳米粒子阵列或单层薄膜 ,通常是胶体粒子靠某种特殊相互作用吸附或沉积在固体表面上（亦称为“纳米粒子在表面上的组装［３］”） ,因此对纳米粒子及固体表面进行功能化的修饰 ,从而控制纳米粒子在表面上的排列和聚集状态 ,是制备这类复合结构的核心问…