[發明專利]一種天然礦物基超疏水涂層及油水分離網的制備方法

在審

• 申請號: 202110023328.5
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112827219A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 魯啟鵬;曾麗;曹文斌
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B01D17/022
• 分類號: B01D17/022
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種天然礦物基超疏水涂層及油水分離網及其制備方法，屬于環保材料領域。所述的超疏水涂層及油水分離網由埃洛石、表面修飾劑和基底材料三部分構成。生產主要包括埃洛石的表面修飾以及涂層和油水分離網的制備兩個步驟。所述埃洛石具有納米管結構；所述表面修飾劑具有較低的表面能；所述的制備工藝簡單、成本低廉、可大規模制備。本發明公開的超疏水涂層及油水分離網的疏水性來自于表面埃洛石構筑的粗糙結構和低表面能十六烷基三甲氧基硅烷的協同作用。本發明公開的超疏水涂層具有高的水接觸角，可以應用于自清潔和油水分離領域。

技術領域

本發明涉及環保材料領域，尤其涉及一種低成本、可規模化生產，應用于表面自清潔涂層及油水分離網的制備方法。

背景技術

石油/有機溶劑的泄漏會造成嚴重的環境問題，不僅會造成水的污染，還會造成石油的浪費，這就需要大量的能源消耗和經濟負擔來進行水的修復。超疏水超親油材料因其特殊的潤濕性受到關注，在自清潔、防結冰、防腐蝕和油水分離等領域得到廣泛應用，其中，油水分離是解決上述問題的一種途徑。超疏水材料的制備方法發展迅速，包括化學模板法、刻蝕法和靜電紡絲法等，但存在制備過程復雜、成本昂貴和無法大規模制備等缺陷。本發明以廉價的天然礦物埃洛石納米管為原料，協同低表面能的聚硅氧烷修飾，制備了性能優異的超疏水復合材料，再通過簡單的噴涂工藝，可在不同基底上形成超疏水涂層或濾網，應用于自清潔和油水分離。

發明內容

本發明了公開了天然礦物基超疏水涂層及油水分離網，該材料通過埃洛石構筑的微/納米結構和十六烷基三甲氧基硅烷的低表面能實現超疏水性，將樣品懸浮液直接噴涂在基底材料表面上，可以制備出具有自清潔性能的超疏水涂層和用于油水分離的過濾網，其設備和操作十分簡單，可以實現大規模制備生產。

一種天然礦物基超疏水涂層及油水分離網，其特征在于其組成為：埃洛石納米管，表面修飾的十六烷基三甲氧基硅烷，基底材料；通過埃洛石構筑的微/納米結構和十六烷基三甲氧基硅烷的低表面能實現超疏水性，可應用于自清潔和油水分離。

進一步地，以廉價天然礦物埃洛石納米管的隨意堆疊構筑所需要的粗糙度，協同低表面能十六烷基三甲氧基硅烷，實現超疏水。

進一步地，所述埃洛石的長度為100nm-5μm，外徑為10-200nm，內徑為5-80nm。

進一步地，所述基底材料為玻璃片、織物、碳鋼、A4紙、木材和不銹鋼網，基底材料的長和寬的范圍為1-100cm。

如上所述天然礦物基超疏水涂層及油水分離網的制備方法，其特征在于制備步驟為：

(1)基底材料預處理：將清洗好的基底材料經過預處理后干燥備用；

(2)超疏水懸浮液的制備：將埃洛石超聲分散于無水乙醇和氨水的混合溶液中，超聲時間為0.5-3h，在200-900r/min的磁力攪拌下加入十六烷基三甲氧基硅烷，然后室溫條件下持續攪拌反應2-10h，取離心后的沉淀，超聲分散在無水乙醇中；

(3)超疏水涂層及油水分離網的制備：將制備得到的超疏水懸浮液的制備噴涂到基底材料上，在50-100℃條件下干燥5-20h。

進一步地，步驟(2)所述氨水的加入量占溶劑體積的10-30％。

進一步地，步驟(2)中加入的十六烷基三甲氧基硅烷重量為埃洛石的1-3倍。

進一步地，步驟(2)中離心后的沉淀分散所需要的無水乙醇的量為20-100mL/g。

本發明的有益效果：

(1)使用廉價的天然礦物埃洛石為原料，制備的涂層具有高的水接觸角，約為156.0°，涂料可噴涂多種基底材料上，操作工藝十分簡單，可實現大規模制備，且具有非常好的自清潔性能。