[发明专利]一种具有自清洁性能的水下超疏油涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有自清洁性能的水下超疏油涂层及其制备方法。该涂层基材为金属编织网，金属编织网上覆盖着一层致密的钒酸铋微纳米结构。本发明首先通过液相法合成得到钒酸铋粉末，然后将其配成一定浓度的分散液，再将金属编织网浸泡其中，在超声作用下将钒酸铋均匀附着到金属网上，最后进行高温煅烧，从而得到具有自清洁性能的水下超疏油涂层。本发明涉及的制备方法简单、成本低廉、效率高、能耗低，有利于工业大规模生产；制备得到的金属网涂层具有优异的水下超疏油和低粘附性，可对油水混合物进行高效快速分离，并且能在模拟太阳光照射下降解其表面的污染物实现自清洁，可作为一种高效的过滤膜，用于含油废水的处理，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于功能界面材料制备技术领域，具体涉及一种具有自清洁性能的水下超疏油涂层及其制备方法。

背景技术

超疏油表面是指材料在空气中对油和有机溶剂的接触角都大于150o的表面，这种表面通常具有极低的固体表面能，能拒水拒油，但其制备难度较大，通常是在微纳米多级结构的基础上引入全氟的低表面能物质。由于多级结构的稳定性不好，全氟化合物价格昂贵且难以降解，因此限制了超疏油材料的发展和应用。

水下超疏油表面是在超疏油表面的研究基础上发现的，这类材料在水中具有较好的亲水性，由于油水两相的不互溶性，因此在水中制备超疏油表面相对来讲是比较容易的。水下超疏油材料在海洋溢油污染治理以及船舶、海洋设备、海洋输油管道防油污处理等领域都具有广阔的应用前景。通常来说，水下超疏油表面是指在油/水/固三相体系中，对油的接触角大于150°的固体表面。水下超疏油表面的制备需要满足两个条件：亲水性的化学组成和微纳米复合的粗糙结构。常见的合成方法有模板法、电化学沉积法、胶体粒子自组装法和聚合物分子刷法。虽然水下超疏油涂层在油水分离中有着广阔的应用前景，然而在实际的应用过程中，这些涂层容易被一些有机物污染而丧失水下超疏油性质，从而无法再进行油水分离。因此，具有自清洁性能的水下超疏油涂层开始得到人们的广泛关注。如Zhang等[Sci.Rep,2013,3,2326]采用层层自组装的方法，在经过PDDA处理的不锈钢丝网上交替负载不同层数的硅酸钠和二氧化钛。Li等[J.Mater.Chem.A,2015,3,1279-1286]通过电化学法在单质钛膜上原位生长不同尺寸的二氧化钛管。上述报道的方法或反应条件苛刻，或反应过程复杂，对相关人员实验操作要求高，且所报道的二氧化钛是一种紫外响应材料，而紫外只占日常太阳光的4％，因此无法充分利用太阳光，大大降低其实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对目前技术上存在的不足，提供一种具有自清洁性能的水下超疏油涂层及其制备方法，该涂层在水下对油和有机溶剂的接触角大于150o，滚动角小于5o，在模拟太阳光照射的条件下，能有效降解附着在其表面的有机污染物；且涉及的制备条件简单、工艺简便，所得产物稳定性好，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有自清洁性能的水下超疏油涂层，它采用的涂层基材为金属编织网，金属编织网表面覆盖一层致密的微纳米涂层；所述的微纳米涂层由钒酸铋颗粒组成。

上述方案中，所述金属编织网为120-400目的金属编织网；所述微纳米涂层中的钒酸铋含有单斜晶相和正交晶相两种晶相，钒酸铋颗粒的粒径为200-500nm。

上述方案中，所述具有自清洁性能的水下超疏油涂层在水下对油和有机溶剂的接触角大于150°，滚动角小于5°；它在模拟太阳光照射的条件下，该涂层能降解附着在其表面的有机污染物，实现自清洁性能。

上述方案中，所述油和有机溶剂为汽油、大豆油、二氯乙烷、正己烷或氯仿等。

上述方案中，所述金属编织网为不锈钢金属编织网、铜金属编织网、铁金属编织网、钛金属编织网、铝金属编织网中的一种。

上述一种具有自清洁性能的水下超疏油涂层的制备方法，它包括以下步骤：