[发明专利]一种可逆切换超浸润性的超双疏涂层及其制备和应用

说明书

本发明提供一种可逆切换超浸润性的超双疏涂层的制备方法，属于油水分离材料技术领域。包括：1)将水、有机溶剂、脂肪酸混合均匀后得到混合溶液，向混合溶液中加入金属醇盐并剧烈搅拌；2)将纳米粘土分散于醇溶液中，再加入氟硅烷偶联剂进行氟化；3)将天然植物蜡溶解于溶剂中；4)将上述三种溶液混合搅拌后均匀的涂覆于多孔材料表面，干燥后即可得到可逆切换超浸润性的超双疏涂层。本发明利用溶胶凝胶法制备得到可逆切换超浸润性的超双疏涂层，具有响应时间短、耐磨性、耐腐蚀性等优点，将涂层置于氨气氛围中15s，水可在400ms内完全浸润铺展，实现由超双疏向超亲水‑超疏油的转变，且转换可反复进行多次，可用于有效分离油水混合物。

技术领域

本发明属于油水分离材料技术领域，具体为一种可逆切换超浸润性的超双疏涂层及其制备和应用。

背景技术

随着工业经济的发展以及人类对水油资源需求的大大增加，含油废水的排放量急剧增加，水油污染问题日趋严重，工业含油废水对水体、土壤等生态环境以及人体健康造成严重影响，因此发展有效的油水分离方法对于解决含油污水问题有着重要的意义与实际价值。

传统的油水分离方法如重力分离、离心、气浮等在一定程度上可以起到油水分离作用，但都有着各自使用的局限性，其往往成本高、效率低且容易造成二次污染。

近年，利用材料表面润湿性相反的原理而发展的油水分离技术因其具有优异的油水选择性和高效的分离效率成为当今油水分离领域最为重要的发展方向之一。现阶段超浸润性油水分离技术主要有超疏水-超亲油油水分离材料、超疏油-超亲水油水分离材料和智能响应型油水分离材料这三种，在实际应用中，超疏水-超亲油材料有一定局限性，当分离密度比水小的油水混合物时，水易阻隔在材料与油层之间，影响油水分离的效率和效果；而超亲水-超疏油油水分离材料可控性较差，难以分离大量的油水混合物；智能响应型超浸润材料对外界条件的改变敏感，可以根据特定的环境刺激，如PH、温度、压力等发生浸润性的转变，选择性可控的透过水或者透过油，以实现油水分离的可控性。但现阶段大多数刺激响应型油水分离材料的制备过程往往较为复杂、响应时间长且稳定性较差，在实际应用方面仍有着较大的局限性。

发明内容

本发明针对现有的刺激响应型油水分离材料的不足，提出一种可逆切换超浸润性的超双疏涂层，该涂层制备方法简单，不需要苛刻的反应条件以及复杂的操作步骤，通过简单的溶胶凝胶法便可制得响应时间短、稳定性好的可逆切换超浸润性的超双疏涂层，且本发明超双疏涂层用于选择性油水分离中。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种可逆切换超浸润性的超双疏涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)将水、有机溶剂、脂肪酸混合均匀后得到混合溶液，向混合溶液中加入金属醇盐并剧烈搅拌；

2)将纳米粘土分散于醇溶液中，再加入氟硅烷偶联剂进行氟化；

3)将天然植物蜡溶解于溶剂中；

4)将上述三种溶液混合搅拌后均匀的涂覆于多孔材料表面，干燥后即可得到可逆切换超浸润性的超双疏涂层。

本发明制备方法，通过金属醇盐在有机溶剂和水中水解缩合，与加入的脂肪酸发生配位反应，生成的金属羧酸盐配合物构造微纳米结构，与纳米粘土一起提高表面粗糙度。此外，金属羧酸盐配位体可作为氨气诱导的传感器以达到材料表面超双疏向超亲水-超疏油的转变。加入含氟硅烷偶联剂，对金属配位体和纳米粘土进行表面接枝改性，以其长氟链降低表面能，获得材料稳定的超双疏性能。天然植物蜡在提高材料表面粗糙度的同时起到粘黏作用将制备所的涂料很好的黏附于多孔材料表面。

本发明制备方法，通过金属醇盐在有机溶剂和水中的水解缩合，与脂肪酸发生配位反应生成金属羧酸盐配合物，在氨气氛中，金属羧酸盐配合物与氨气反应，生成亲水的金属羧酸铵，而长氟链不受影响，以此实现材料表面超双疏向超亲水-超疏油的转变。