超疏水-超親油靜電紡纖維膜的制備及油水分離的研究.pdf

1、潤濕性是固體表面的一個(gè)重要的性質(zhì)，自然界存在的多種超疏水現(xiàn)象，引發(fā)了研究人員對(duì)具有潤濕性能材料表面的構(gòu)筑、制備和性質(zhì)的關(guān)注和研究。潤濕性常用液體在固體表面的接觸角來表征，通常把固體與水（油）的接觸角小于5°的表面稱為超親水（油）表面，與水（油）的接觸角大于150°的表面稱為超疏水（油）表面。而對(duì)于與水的接觸角大于150°，與油的接觸角小于5°的表面稱之為超疏水/超親油表面。超疏水表面以其優(yōu)異的自清潔性能在服裝、建筑、醫(yī)療、汽車和航運(yùn)等領(lǐng)

2、域有著廣泛的應(yīng)用，而具有超疏水/超親油性能的表面，由于界面現(xiàn)象能有效地分離油中的水或水中的油，在工業(yè)油污水治理和油污清理領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。一般制備超疏水表面的方法可以歸為兩類:一是在粗糙表面修飾低表面能的物質(zhì);二是在低表面能物質(zhì)上構(gòu)造微納米級(jí)的粗糙度。
　　 本論文受荷葉和銀澤菊葉自清潔現(xiàn)象的啟發(fā)，首先通過靜電紡絲技術(shù)制備醋酸纖維素(CA)納米纖維膜，之后采用無溶劑法合成了一種具有低表面勢能的聚合物含氟聚苯并噁嗪(F-PB

3、Z)的單體(BAF-tfa)，并通過BAF-tfa在CA纖維膜中的原位聚合，獲得具有低表面勢能的F-PBZ/CA復(fù)合纖維膜，最后通過納米SiO2顆粒的表面修飾得到一種具有仿荷葉、仿銀澤菊葉結(jié)構(gòu)的，且具有超疏水/超親油能F-PBZ/CA/SiO2功能膜。在靜電紡過程中，由于射流發(fā)生快速的相分離，纖維表面呈現(xiàn)出類似銀澤菊葉表面褶皺溝槽狀的粗糙結(jié)構(gòu)。之后通過BAF-tfa和納米SiO2顆粒對(duì)靜電紡CA纖維進(jìn)行表面修飾，其中BAF-tfa和納米

4、SiO2顆粒的添加量是影響纖維的表面勢能和粗糙度的關(guān)鍵因素，當(dāng)BAF-tfa的含量為1.0％，納米SiO2顆粒的添加量為2.0％時(shí)，經(jīng)過表面修飾的纖維膜與水的接觸角達(dá)到最大為161°和最小的滾動(dòng)角為2°。此外，復(fù)合改性之后的纖維膜具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和在不同pH環(huán)境下超疏水性能的穩(wěn)定性。并且與油滴的接觸角由原來的25°減小至3°，具有超疏水/超親油的性能。并且，在30秒內(nèi)可快速分離200g油水混合物，分離效率達(dá)99％以上。我們認(rèn)為這類新型

5、復(fù)合有機(jī)纖維功能膜在新型自清潔服裝、工業(yè)油污水治理和油污清理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 此外，本課題還通過核磁共振和傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀對(duì)合成的BAF-tfa，進(jìn)行化學(xué)組成的表征和分析;并通過場發(fā)射掃面電鏡、表面輪廓儀、光學(xué)接觸角測量儀、傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀和比表面積測試儀等測試對(duì)復(fù)合改性之后的纖維膜進(jìn)行表征，并引用Wenzel和Cassie理論模型對(duì)纖維膜潤濕性進(jìn)行分析，探究纖維膜的表面形貌和化學(xué)組成對(duì)其潤濕性的影