[发明专利]一种具有pH响应性的超双疏材料的制备方法及其应用

说明书

一种具有pH响应性的超双疏材料的制备方法及其应用，向全氟辛酸的乙醇溶液中加入高岭土，混合均匀后，加入硅烷的乙醇溶液，搅拌下加热至50～60℃，并保温2～4h，得到悬浊液，将悬浊液涂覆于基底表面，干燥，得到具有pH响应性的超双疏材料。该材料具有优异的超双疏性，良好的耐磨性及耐腐蚀性能，受pH诱导所引发的材料表面润湿性的改变可在原位或非原位发生，而且这种超亲疏性间的转换可反复进行多次等优点，因此，可应用于有效分离多种类型的油水混合物，特别是水包油乳液的处理，在处理泄漏原油和净化工业含油废水方面有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于响应型超双疏材料的制备及应用技术领域，具体涉及一种具有pH响应性的超双疏材料的制备方法及其应用。

背景技术

工业含油废水和频发的泄漏原油对生态环境及人类健康已构成严重威胁，如何有效地分离含油污水成为全球性的挑战。近年来，随着界面学和仿生学的快速发展，人们已开发出各种对油或水有特殊润湿性的材料以作为实现油水分离的新型分离材料，它们具有新颖，经济且高效的特点，因此在含油污水的处理领域展现出广阔的应用前景。通常，这种特殊浸润性分离材料分为三类，即“除油”材料，“除水”材料及智能可转换润湿性材料。“除油”材料表现出超疏水/超亲油性，因此可以将油与油/水混合物选择性地分离开，而“除水”材料是超亲水/超疏油性的，可用于含水油的纯化。智能可转换润湿性材料是指材料表面的超润湿性可通过一些外部刺激，如pH值，光照，温度及电场等来控制，能够实现复杂环境下的油水混合物的选择性分离。

目前，已开发出多种用于构造这种特殊润湿性表面的方法，包括刻蚀，电沉积，层层自组装，化学气相沉积和静电纺丝法等。然而，这些制备方法大都存在制备过程复杂，耗时较长且成本较高等问题，降低了其实用性并且限制了其商业化应用。此外，实际的油水混合物大多较为复杂，因此对分离材料的要求更高。具有刺激响应性的润湿型材料因其表面特殊的润湿行为而受到了广泛的关注，并且这种响应性能还能实现远程控制，便于实现油水分离过程的自动化，是实现高效可控油/水混合物分离的良好候选，因此已引起了越来越多的基础研究及实际应用方面的兴趣。

能使材料表面润湿性能发生转换的外部刺激有多种，如光照，pH，电压，溶剂，磁性，但它们大多都操作复杂，且需要特殊的设备，而pH响应型材料操作相对简便，由反应引发的表面润湿性的转变也较快，因此更具吸引力。大多数pH响应性材料都具有可离子化的基团，例如磺酸盐，羧酸，吡啶和胺等，这些基团在不同pH条件下会发生质子化或去质子化作用，从而使材料表面的润湿性发生转变。目前，关于pH响应型材料的报道很多，但大部分材料只能实现两种极端亲疏性间的有限次转换。此外，与涂料相关，同时涉及原位pH响应性的报道也很少见。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，目的在于制备一种具有pH响应性的超双疏材料的制备方法及其应用，这种智能型特殊润湿性材料的制备方法简单，易于实现，不需要苛刻的反应条件和复杂的反应设备，以成本低廉的高岭土纳米颗粒为改性原料，通过简单的操作步骤，温和的反应条件便可得到具有pH响应性的超双疏材料。该材料具有优异的超双疏性，良好的耐磨性及耐腐蚀性能，同时能够进行原位及非原位pH响应，超亲疏性间的转换可多次反复进行等优点，因此可用于分离多种类型的油水混合物以及乳化含油废水。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有pH响应性的超双疏材料的制备方法，向全氟辛酸的乙醇溶液中加入高岭土，混合均匀后，加入硅烷的乙醇溶液，搅拌下加热至50～60℃，并保温2～4h，得到悬浊液，将悬浊液涂覆于基底表面，干燥，得到具有pH响应性的超双疏材料。

本发明进一步的改进在于，全氟辛酸的乙醇溶液中全氟辛酸与乙醇的比为0.60～0.75g：8.5mL。

本发明进一步的改进在于，硅烷为双[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺。

本发明进一步的改进在于，硅烷的乙醇溶液的体积浓度为1.8％～2.5％。