[发明专利]一种超疏水铜网的制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水铜网的制备方法，具体为一种同时含甲基和氟硅烷基的超疏水铜网的制备方法，该铜网主要用于油水分离。所述超疏水铜网的制备方法，包括如下步骤：（1）采用氧气气相氧化法制备氧化铜网；（2）将步骤（1）得到的氧化铜网在氮气气氛下通入六甲基二硅氮烷进行气相沉积，即得到表面含甲基的铜网；（3）采用十三氟代正辛基三乙氧基硅烷制备氟硅烷溶液；（4）将步骤（2）制备的氧化铜网浸泡在步骤（3）制备的氟硅烷溶液中进行液相沉积，完成后，经干燥得到同时含甲基和氟硅烷基的超疏水铜网。本发明具有如下优点：（1）在铜网表面同时引入甲基和氟硅烷基，构筑不同层次的表面有机微纳米结构；（2）在铜网表面同时引入甲基和氟硅烷基，提高表面疏水性，制得超疏水铜网；（3）该超疏水铜网具有良好的油水分离效率；（4）方法重复性好，易于工业规模化生产。

技术领域

本发明涉及化工产品超疏水材料制备领域，具体涉及一种表面同时含甲基和氟硅烷基的超疏水铜网的制备方法，该铜网主要应用于油水分离。

背景技术

数十年以来，随着工业经济和人民生活的发展，各类油污污染对环境和社会造成严重危害。比如，海洋石油泄露、内河航道船舶动力油污、油田和油企含油废水、生活餐废污水等是主要的污染源。由于这些来源形式、数量、组成和浓度均有不同，治理难度较大，目前尚未有广泛适用、效果良好的方法去除油污污染。比如，用于海洋和内河油污治理的围栏回收、燃烧、吸油材料吸收、消油剂分解等方法受天气、水面不平稳等因素影响，作业难度大、效果差；用于油田和油企废水所采用的乳化破乳分离回收法则存在耗费药剂量大且动力消耗大的问题；而日常的生活含油废水则要采用隔油池进行悬浮分离，存在设施占地大、周期长等缺陷。因此，亟待开发一种效果好、操作方便（如设备可拆卸、更换）、适用面广的油水分离技术、设备或材料。

目前，利用一些特殊浸润性滤膜或滤网实现油水分离的尝试已经取得一定进展，其中模仿荷叶的超疏水超亲油滤网成为该领域的主要成果。一般地，基于荷叶效应的超疏水表面的获取主要通过两种方式：一是在粗糙结构表面修饰低表面能物质，二是在低表面能材料表面构建粗糙结构。但是，在低表面能构建粗糙结构需要根据Cassie–Baxter方程尽量降低与液体实际接触的固体表面所占的比例，才可获得更高的接触角。因此，具体的实施过程，需要精密设计并制备具有特殊尖头结构的微纳米表面凸起，才能实现上述目标。采用的方法有电化学法、激光刻蚀法、水热法和溶胶凝胶法等，制备过程需要用到精密贵重设备、条件苛刻、重复性差、难以实现工业规模化生产，这些缺陷严重限制了构造粗糙结构这一思路的应用。相对应的，第一种思路，即在粗糙结构表面修饰低表面能物质，则克服了上述缺陷。比如，可以通过浸渍法、沉积法在基材表面接枝或涂覆低表面能物质，并且这些低表面能物质大多已经商业化，整体制备过程符合重复性好、易于工业规模化和原料易得等诸多优点。因此，目前，在铜网、铝网、海绵等基材表面修饰低表面能物质已成为制备超疏水油水分离材料的重要手段。

文献报道，在铜网表面引入的低表面能物质主要包括脂肪酸（CN201610713702.3;CN201611023975.1）、脂肪醇（CN201611023975.1）、烷氧基长链硅烷（CN201710101269.2）和氟硅烷（CN201710101269.2），其中的脂肪酸和醇不能与铜表面形成牢固的共价键连接，所以耐受性较差；而有机硅氧烷是常用的、且能够与铜网表面通过Cu-O-Si键形成较强的连接，在表面形成低表面能涂层，实现高疏水性能。文献（CN201811135588.6）采用六甲基二硅氮烷气相沉积法在铜网表面引入三甲基硅基，该技术工艺具有不用溶剂、温度易于控制等优点，但该铜网的水接触角最高只能达到151 ^o。同时，上述方法中所用的氧化铜网均采用过氧化物溶液氧化法制备，需耗费大量溶剂，且与后续步骤均为间歇操作，不利于工业规模化生产。

因此，通过多种方法结合，在铜网表面引入由共价键连接的多种基团，构筑多层微纳米结构，且方法重复性好、适合工业规模生产是设计开发超疏水铜网的正确思路。

发明内容