[发明专利]一种疏水砂芯材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种疏水砂芯材料的制备方法，属于疏水材料制备技术领域。本发明方法为将砂芯材料暴露在有机硅烷试剂气氛下，使有机硅烷试剂与砂芯材料表面的羟基缩聚形成疏水的硅烷涂层，其具体包括以下步骤：往容器中加入有机硅烷化试剂，再将和砂芯材料置于容器中，密闭容器对其进行加热，使有机硅烷化试剂气化与砂芯材料充分接触反应，得到疏水砂芯材料。本发明方法工艺简单，无环境污染，成本低，按照本发明方法得到的疏水改性砂芯漏斗，疏水性好，可用于废水处理、油水分离、乳液分离等领域，具有很好的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于疏水材料制备技术领域，具体涉及一种疏水砂芯材料的制备方法。

背景技术

砂芯漏斗的砂芯滤板是由玻璃料研碎后过筛然后烧结而成，其采用优良硬质高硼玻璃组成，具有较高的理化性能，可以过滤酸液和用酸类处理，也叫耐酸漏斗、玻璃垂熔漏斗。砂芯漏斗是一种可以实现固液分离的过滤装置，具有简易、快速、成本低等优点，广泛用于化学分析、卫生监测、环境监测、生物制品、科学研究等方面。通常砂芯漏斗的砂芯滤板主要成分为二氧化硅，表面含有大量羟基，形成高能、亲水表面，在进行过滤时对水、油等不同溶剂没有选择性。为扩大砂芯漏斗的实际应用，砂芯滤板需要进行疏水改性，达到良好的油水分离效果。对于制备具有特殊润湿性的材料常采用的方法包括仿生法、化学改性、层层自组装、模板法、化学刻蚀法、喷涂法和提拉法等等。具体有通过表面接枝、点击反应以及铜引发的活性自由基聚合，经过改性后的玻璃表面水接触角达到90°以上(Polym.Chem.,2017,8,7457–7468)。通过溶胶-凝胶法合成三甲基硅烷化的二氧化硅纳米球，在具有二氧化硅网络表面上形成超疏水薄膜(ACS Appl.Mater.Interfaces,2011,3,3440–3447)。通过浸没法将硅片浸润在硅烷偶联剂与有机溶剂的混合溶液中，再经过清洗、干燥等一系列后处理过程得到超疏水表面(J.Am.Chem.Soc.,2006,128,9052-9053)。通过层层自组装方法将介孔二氧化硅粒子组装成阶层结构的涂层，得到具有超疏水性质的玻璃表面(Langmuir,2010,26,13528–13534)。在二氧化硅表面制备疏水表面目前存在以下技术难点：现有的制备疏水性二氧化硅类材料方法步骤复杂，前期材料构建复杂，以及后处理工艺较为繁琐，生产成本较高，大规模应用可能性很小。重要的是，砂芯滤板具有天然优势，它由不同大小的砂砾组成，形成的孔径分布范围广，大到几百上千微米，小至不到1微米，构成具有不同粗糙度的表面，经过疏水改性后，可以满足各类油水混合分离的需求。发展一种简单、低成本且具有应用价值的疏水砂芯材料已经迫在眉睫。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种疏水砂芯材料的制备方法，该方法为化学气相沉积法，采用原位一步反应即可制备得到疏水砂芯材料，其工艺简单、无环境污染、成本低。本发明的目的还在于提供所制备疏水砂芯材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种疏水砂芯材料的制备方法，为将砂芯材料暴露在有机硅烷试剂气氛下，使有机硅烷试剂与砂芯材料表面的羟基缩聚形成疏水的硅烷涂层，得到疏水砂芯材料。其中，所述的有机硅烷试剂气氛为通过对有机硅烷试剂加热使其气化得到。所述的砂芯材料包括砂芯漏斗、砂芯片等。

优选地，所述的有机硅烷试剂包括六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷等。进一步优选地，所述的有机硅烷试剂为全氟辛基三乙氧基硅烷。

更具体地，所述的疏水砂芯材料的制备方法，包括以下步骤：往容器中加入有机硅烷化试剂和砂芯材料(砂芯材料未与有机硅烷化试剂接触)，密闭容器，对容器进行加热，使有机硅烷化试剂气化与砂芯材料充分接触，得到疏水砂芯材料。优选地，对容器进行加热前对其抽真空，加热的温度为40～140℃，加热的时间为10min～24h。

一种疏水砂芯材料，通过上述制备方法得到。

所述的疏水砂芯材料可应用油水分离、乳液分离、废水处理等领域。