[发明专利]一种具有单向水传输性的Janus型材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有单向水传输性的Janus型材料及其制备方法和应用。本发明先将基材浸渍在含酸性有机物和水溶性铁盐的水溶液进行改性处理，在水保护作用下，再对基材的一面喷射聚二甲基硅氧烷，制备得到的Janus材料一面超亲水，另一面超疏水，表现了极端的不对称润湿性，在空气中或油中可实现水定向传输。该Janus型材料能够应用于单向导湿或吸湿排汗织物、油水分离和油中集水等领域。

技术领域

本发明属于功能性材料领域，具体涉及一种具有单向水传输性的Janus型材料及其制备方法和应用。

背景技术

Janus膜一般是指具有不对称结构或者性质的分离膜，由于其独特的液体单向运输特性，在破乳型的油水分离、单向离子通道、雾气搜集、接触式酶膜反应器、太阳能蒸馏等领域受到越来越多的关注。通常，Janus膜由两个方法实现:不对称制备和不对称修饰。不对称制备方法包括序列的电纺、序列的真空过滤、分子/片段迁移等；不对称修饰方法有单面光降解、单面光交联、蒸汽处理、单面涂覆、漂浮沉积、序列的表面改性等。然而，这些制备Janus膜的方法大多操作复杂，效率较低，不利于Janus膜的广泛应用。另外，当前制备的Janus膜一般仅能在单一领域应用，缺少多功能的Janus膜材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有单向水传输性的Janus型材料及其制备方法，该Janus型材料一面超亲水，另一面超疏水，能够应用于单向导湿或吸湿排汗织物、油水分离和油中集水等领域。

一种具有单向水传输性的Janus型材料的制备方法，包括以下步骤：

一、将基材浸渍在含酸性有机物和水溶性铁盐的水溶液中；

二、将基材从步骤一的水溶液取出，用水洗净后，放入去离子水中，然后取出贴在载体上；

三、对贴在载体片上的基材喷射含聚二甲基硅氧烷的有机溶液，烘干即得到具有单向水传输性的Janus型材料。

本发明先将基材浸渍在含酸性有机物和水溶性铁盐的水溶液进行改性处理，使其具有超亲水性，在水的保护作用下，再利用聚二甲基硅氧烷对基材的一面进行修饰，制备得到的Janus材料一面超亲水，另一面超疏水，表现了极端的不对称润湿性，在空气中或油中可实现水定向传输。本发明的制备工艺操作简单，原材料容易获得，可大规模制备，具有很好的工业应用前景。

步骤二中，将基材放入去离子水中静置一定的时间，静置的时间优选为1-10分钟，促使基材表面形成水保护膜，在水的保护作用下，再对基材的一面喷射聚二甲基硅氧烷，使得制备得到的Janus材料一面超亲水，另一面超疏水。发明人试验发现，若步骤二中，将基材从水溶液取出，用水洗净干燥后，直接贴在载体上，然后对其喷射含聚二甲基硅氧烷的有机溶液，制备得到的材料的单向水传输性能较差，甚至不具有单向水传输性能。

进一步地，所述酸性有机物为植酸、单宁酸、绿原酸中的至少一种，这些酸性有机物来源于生物质，安全环保，价格低廉，改性效果好，并且制备方法简单，可大规模制备。

进一步地，所述含酸性有机物和水溶性铁盐的水溶液中酸性有机物的浓度为1～100mg/L，水溶性铁盐的浓度为1～100mg/L，酸性有机物和水溶性铁盐在此浓度范围内具有较好的改性效果。

本发明中的水溶性铁盐包括但不限于氯化铁。

进一步地，所述基材包括锦布、尼龙布、滤纸、纤维素滤膜、无尘布中的至少一种。

进一步地，步骤一中浸渍的时间为0.5～2小时，具有良好的改性效果，确保改性后的基材具有超亲水性。

进一步地，步骤三中喷射所用喷枪的压力为0.2～1MPa，喷射速度为0.05～5mL/s。

本发明对于载体的种类没有特别限制，可以选用玻璃片、塑料板等。