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超亲水-超疏油油水分离材料的研究进展

材料导报 2020年第13期34卷 13022-13027页

作者：高丰王会才徐征任瑞丽天津工业大学环境科学与工程学院天津300387 天津工业大学化学与化学工程学院天津300387

由于工业的快速发展及远洋石油泄漏事故的频繁发生,含油废水的处理成为当今一大热点问题。因此,迫切需要研究出一种高效、低成本、可重复使用的高性能油水分离材料。近年来,受荷叶自洁性、鱼鳞水下超抗油污、玫瑰花超疏水性等的启发,人... 详细信息

由于工业的快速发展及远洋石油泄漏事故的频繁发生,含油废水的处理成为当今一大热点问题。因此,迫切需要研究出一种高效、低成本、可重复使用的高性能油水分离材料。近年来,受荷叶自洁性、鱼鳞水下超抗油污、玫瑰花超疏水性等的启发,人们开发了大量的超亲油-超疏水型及超亲水-水下超疏油型油水分离材料,但这些材料还存在以下缺点:(1)由于材料的亲油性,其孔道易被油污堵塞,分离效率会大幅降低;(2)水的密度一般比油大,进行油水分离时,通常需要外加能量。随后,学者通过对材料表面化学成分及表面粗糙结构进行深入研究,开发出一种更先进的超亲水-超疏油材料,其具有隔油透水性,在处理含油废水时呈现出防油污、高通量、高效率、可重复使用的优点;此外,由于其具有亲水性,仅在重力作用下即可完成油水分离,具有重要的实际应用意义。根据表面能原理可知,超疏油表面往往也超疏水,因此要合成超亲水-超疏油材料十分困难。早期研究者认为有以下三种理论可以解释超亲水-超疏油表面形成的原因:(1)超亲水-超疏油表面是由极性液体与非极性液体在表面的润湿性差异实现;(2)水的作用力诱导表面分子重排;(3)油滴较大被表面疏油组分阻挡,水滴较小可穿透疏油层到达亲水区域。这三种理论的提出加快了超亲水-超疏油表面的研究进程,但并未形成系统的理论体系。近年来,研究者发现材料表面能由极性分量与色散分量组成,因此他们提出可以通过控制这两种因素来调控材料表面的润湿性。该系统理论的提出加速了超亲水-超疏油材料的发展,为未来该类材料的发展与设计提供了理论依据。本文首先介绍了超润湿的基础理论、油水分离机理,然后综述了超亲水-超疏油材料制备的四种理论,总结了近几年超亲水-超疏油材料的特点及在油水分离方面的应用。最后针对该领域存在的问题,提出了解决方法并展望了其未来的发展方向。

关键词：油水分离超疏油超亲水油水混合物

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仿生超疏油材料在苛刻工况条件下的应用

化学进展 2018年第12期30卷 2003-2011页

作者：邵建文杨付超郭志光湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室武汉430062 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

超双疏兼备超疏水和超疏油两种极端不润湿现象,其中超疏油的实现难度更大,应用前景广阔。为了获得超疏油材料,通常采用仿生思路,在材料表面构建粗糙结构和以含氟低表面能物质修饰表面。表面粗糙结构在机械力学作用下易遭到破坏,例如摩... 详细信息

超双疏兼备超疏水和超疏油两种极端不润湿现象,其中超疏油的实现难度更大,应用前景广阔。为了获得超疏油材料,通常采用仿生思路,在材料表面构建粗糙结构和以含氟低表面能物质修饰表面。表面粗糙结构在机械力学作用下易遭到破坏,例如摩擦和冲击。低表面能物质修饰层在光照条件下易分解,而诸多的太阳能装置如太阳能电池板,必须在室外工作。耐紫外的超疏油性可以帮助这些设施实现高效工作并延长使用期限,节约资源。更进一步,科研人员研究了超疏油材料在各种苛刻条件下的可靠性。本文应用新进展聚焦在超疏油材料在紫外线照射下的可靠性或可逆响应性;超疏油材料经过撞击之后的油滴接触角变化;在高温条件下超疏油材料的极端润湿性能保持能力;在冲击条件下的稳定性,甚至包括了多种复合苛刻条件下的超疏油材料的耐受性。由于大多的工业环境无法避开摩擦和腐蚀,因此本文着重从超疏油材料的耐摩擦性和抗腐蚀性两个方面讨论了其研究现状,同时也讨论了超疏油在其他工程应用方面的可靠性。最后,总结了各实验方案的优缺点、实验与工业化过程中存在的问题、有望突破的方向,以及作者对于在苛刻工况条件下提升超疏油材料可靠性的观点。

关键词：超疏油耐久性摩擦腐蚀苛刻工况

超亲水及水下超疏油铜网的制备及其油水分离性能的研究

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表面技术 2017年第5期46卷 202-208页

作者：张容容刘长松杨亭亭青岛理工大学山东青岛266520

目的通过简单的溶液浸泡法制备油水分离铜网。方法经氢氧化钠和过硫酸钾混合溶液浸泡,制备超亲水及水下超疏油表面。利用扫描电镜、X射线衍射仪分析基底表面形貌及成分,利用接触角测量仪测量其润湿性能。结果铜网表面生成了微米结构的... 详细信息

目的通过简单的溶液浸泡法制备油水分离铜网。方法经氢氧化钠和过硫酸钾混合溶液浸泡,制备超亲水及水下超疏油表面。利用扫描电镜、X射线衍射仪分析基底表面形貌及成分,利用接触角测量仪测量其润湿性能。结果铜网表面生成了微米结构的氢氧化铜,空气中水滴在其表面的接触角为0°,水中油滴的接触角高达159°,使铜网具备了在空气中超亲水、在水下超疏油的特性。通过油水分离实验发现,铜网在常温常压下对汽油、正己烷等几种不同种类油与水的混合液进行高效分离,分离效率达90%以上。经海水浸泡若干天后,铜网仍保持很高的油水分离效率,表现出较好的耐海水腐蚀性。结论实验制备的超亲水及水下超疏油铜网能够有效地分离油水混合液,且能应用到腐蚀性较强的场合中。

关键词：铜网氢氧化铜超亲水超疏油油水分离耐海水腐蚀

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超疏油表面研究进展

材料导报 2013年第11期27卷 13-20页

作者：卢晟李梅上海交通大学化学化工学院上海200240

由于油类液体的表面张力很低,超疏水表面对于低表面张力液体很难保持疏液性能,超疏油表面的制备已经成为相关领域的研究热点。综述了表面润湿性的基本理论和几何构建的影响因素,利用"多重凹形(Re-en-trant)"结构或"悬臂"结构制备超疏液... 详细信息

由于油类液体的表面张力很低,超疏水表面对于低表面张力液体很难保持疏液性能,超疏油表面的制备已经成为相关领域的研究热点。综述了表面润湿性的基本理论和几何构建的影响因素,利用"多重凹形(Re-en-trant)"结构或"悬臂"结构制备超疏液表面的原理,以及超疏油表面常用的制备方法,并且简单介绍了水下疏油材料,展望了其发展趋势以及应用前景。

关键词：超疏油几何构建表面张力接触角

溶液浸泡结合表面涂层制备超疏水-超疏油表面（英文）

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应用化学 2019年第3期36卷 358-366页

作者：石彦龙冯晓娟康恺侯杨河西学院化学化工学院甘肃省河西走廊特色资源利用省级重点实验室

超疏水-超疏油材料在防污、防水、防油等领域有广泛的应用前景而引起人们极度关注。本文用全氟辛酸溶液浸泡锌粉制得超疏水-超疏油锌粉,用聚乙烯醇胶将超疏水-超疏油锌粉粘合、固定到玻璃、木头、塑料、不锈钢、纸片、石头表面后可制得... 详细信息

超疏水-超疏油材料在防污、防水、防油等领域有广泛的应用前景而引起人们极度关注。本文用全氟辛酸溶液浸泡锌粉制得超疏水-超疏油锌粉,用聚乙烯醇胶将超疏水-超疏油锌粉粘合、固定到玻璃、木头、塑料、不锈钢、纸片、石头表面后可制得超疏水-超疏油表面,水滴、油滴在其表面的接触角均超过150°。锌粉与全氟辛酸反应后生成Zn[CF;（CF;）;COO];,氟代长链烷基的低表面能化学组成与微纳米粗糙结构的协调作用使其表现出超疏水、超疏油性能。相关研究有望为超双疏材料的设计、制备及其在自清洁、防水防油及抗污等领域的应用提供借鉴。

关键词：超疏水超疏油超双疏全氟辛酸锌溶液浸泡

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水下超疏油涂层的研究现状与评述

涂料工业 2016年第9期46卷 80-87页

作者：罗华丽何婵周树学高维锡夏学超烟台职业学院食品与生化工程系山东烟台264670 复旦大学材料科学系教育部先进涂料工程研究中心上海200433

水下超疏油涂层是当前界面功能材料的研究新热点。从润湿理论可知,在空气环境中的超亲水/超双亲表面和超双疏表面等在水下也可呈现出超疏油特性。在阐述水下超疏油理论的基础上,详细介绍了水下超疏油、超亲水/超双亲、超双疏3类特殊润... 详细信息

水下超疏油涂层是当前界面功能材料的研究新热点。从润湿理论可知,在空气环境中的超亲水/超双亲表面和超双疏表面等在水下也可呈现出超疏油特性。在阐述水下超疏油理论的基础上,详细介绍了水下超疏油、超亲水/超双亲、超双疏3类特殊润湿界面材料的发展现状,尤其关注它们的涂料构筑方法,并作简要评述。进一步给出了基于超亲水和超双疏原理的水下超疏油涂层制备策略与建议。

关键词：水下涂层超疏油超亲水/超双亲超双疏

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仿生超疏油表面的研究进展

化工进展 2014年第4期33卷 947-953页

作者：李好于思荣中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

超疏油表面由于在解决石油对管道壁的黏附、海洋油污污染等问题具有广泛的应用前景,越来越受到人们的关注。本文介绍了几种特殊生物的表面结构和润湿性、经典的润湿理论模型及润湿理论的新进展;按照制备方法的不同分别介绍了近年来仿生... 详细信息

超疏油表面由于在解决石油对管道壁的黏附、海洋油污污染等问题具有广泛的应用前景,越来越受到人们的关注。本文介绍了几种特殊生物的表面结构和润湿性、经典的润湿理论模型及润湿理论的新进展;按照制备方法的不同分别介绍了近年来仿生超疏油表面的研究进展,指出了各方法的优缺点,并针对现有制备方法存在的一些不足,指出建立完善且更符合实际的润湿理论模型,以制备出成本低、周期短、方法简单同时具有较稳定的、耐久性好、耐磨损、与基体结合牢固的超疏油表面,是超疏油表面研究的一个重要发展方向。

关键词：仿生超疏油表面多尺度制备

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离子交换可逆调控棉纤织物表面超疏油性能

化工新型材料 2014年第6期42卷 93-95页

作者：杨进尹林婷汤永才江苏大学新材料研究院镇江212013

采用自组装聚电解质多层膜和离子交换法调控基体表面的疏油性能。在光滑的玻璃表面上可以控制十六烷的接触角在69°和4°之间变化。在棉纤织物上,当聚电解质多层膜吸附全氟辛酸根离子时,织物表面是超疏水和超疏油的,与水的接触角达到154... 详细信息

采用自组装聚电解质多层膜和离子交换法调控基体表面的疏油性能。在光滑的玻璃表面上可以控制十六烷的接触角在69°和4°之间变化。在棉纤织物上,当聚电解质多层膜吸附全氟辛酸根离子时,织物表面是超疏水和超疏油的,与水的接触角达到154°,与十六烷的接触角高达150°。当全氟辛酸根离子被十二烷基硫酸根离子替代后,水的接触角没有明显的变化,在152°左右,而十六烷却能完全浸润表面,接触角为0°。通过全氟辛酸根离子和十二烷基硫酸根离子的交换,织物表面可以在超疏油和超亲油之间可逆转换,这对于拓展超疏油表面的应用都具有重要的意义。

关键词：离子交换聚电解质超疏油棉纤织物

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超疏油金属表面的制备及应用研究

超疏油金属表面的制备及应用研究

作者：侯瑞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超疏油材料在污染防治、油水分离以及微流体控制等方面有着重要应用。本文以广泛应用的金属材料作为基底，在基底表面构造微米/纳米结构，结合功能分子修饰，制备了黏附性及浸润性可控的超疏油表面并实现了在微液滴反应及油水分离方面... 详细信息

超疏油材料在污染防治、油水分离以及微流体控制等方面有着重要应用。本文以广泛应用的金属材料作为基底，在基底表面构造微米/纳米结构，结合功能分子修饰，制备了黏附性及浸润性可控的超疏油表面并实现了在微液滴反应及油水分离方面的应用。主要内容如下：(1)具有可控油黏附超疏油表面的制备及其在微液滴反应方面的应用。首先用HCl浸泡的方法在铝基地上构筑多级微纳米结构，再以混合硫醇分子CH3(CH2)6COOH和CF3(CF2)6COOH进行修饰，通过控制不同分子间比例，制备出了空气中油黏附力可控的超疏油表面。研究结果表明，油滴在表面修饰分子XF>0.8(CF3(CF2)6COOH在修饰溶液中的摩尔分数)时，所制备的表面具有超疏油性。同时，随着XF的进一步增加，油滴与表面间的黏附性逐渐降低。最后，利用制备的具有可控油黏附的超疏油表面，我们实现了其在微反应器件方面的应用。(2)一步溶液浸泡法制备水下超疏油网膜的制备及其在油水分离中的应用。通过将铜网在HS(CH2)11OH乙醇溶液浸泡，不但实现了在铜网表面纳米结构的构筑，同时引入了亲水性基团。所制备的网膜材料在空气中呈高亲水性，在水下呈低黏附超疏油性，表现出良好的抗油污性能。同时，所制备的网膜材料在酸性及碱性溶液中具有较好的超疏油性，显示出较好的稳定性。利用所制备的网膜材料，我们成实现了对多种油水混合物的高效分离。(3) pH响应超疏水/超亲水/水下超疏油铜网的制备及其在可控油水分离中的应用。通过碱辅助氧化法在铜网基底上制备了纳米线结构，再修饰混合硫醇分子，我们成功制备了具有pH响应浸润性的铜网表面。研究结果表明，对非碱性水，表面呈超疏水性，当碱性液滴放于表面上时，表面呈超亲水性。同时，在碱性水中，所制备的表面还呈现低黏附超疏油性。利用所制备的膜材料对油水混合物进行分离，其分离过程可通过改变水的pH值而实现有效控制，为油水混合物的可控分离提出了一种新的方法及新的材料。

关键词：金属基底超疏油油水分离黏附性