[发明专利]一种光驱动Janus超疏水海绵马达的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种光驱动Janus超疏水海绵马达的制备方法及其应用，所述制备方法具体包括以下步骤：1.使用聚二甲基硅氧烷预聚物对海绵进行超疏水改性；2.将光热纳米材料在200℃下预热10 min；3.配制聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂混合液，将步骤1得到的超疏水海绵的一侧在上述混合液中浸渍一定高度后取出，待其表面未干时与步骤2中的纳米材料接触，在一定温度下固化一定时间，之后经过乙醇洗涤，得到光驱动Janus超疏水海绵马达。与现有技术相比，本发明所述的超疏水马达制备方法简单，自驱动速度较快，可用于油水分离领域。

技术领域

本发明属于超疏水油水分离材料及其制备领域，特别涉及一种光驱动Janus超疏水海绵马达的制备方法及其应用。

背景技术

随着全球能源需求的日益增加和海上开采石油强度的不断加大，海上原油泄漏事故频发。泄露的原油会以薄膜形式漂浮在水体表面，造成水体逐渐缺氧，进一步对水生生态系统系统造成灾难性后果；泄露原油中所含的苯、甲苯等有毒化合物会进入食物链，对公共健康造成难以挽回的后果；此外，原油的泄露也造成了不可再生资源的极大浪费。因此，如何快速有效地实现水中原油的回收和利用是生态环境保护亟待解决的问题。超疏水油水分离材料由于原料易得、分离效率高、绿色环保等优点，在海上溢油处理及废水中油水分离方面具有很大的实际应用价值。近年来，三维超疏水-超亲油海绵成为油水分离材料的研究热点，对水中油品的吸附量可达20-200g/g，在油水分离领域具有广泛的应用前景。虽然三维超疏水海绵表现出了优异的油水分离能力，但是，目前传统的油水分离材料只能将收集起来的油水进行分离，无法直接对开放水域的溢油进行处理，这无疑增加了油污处理的过程和成本。因此，亟需开发出可自主运动、自动捕获油滴的三维超疏水智能材料，对开放水域溢油进行处理回收。

自驱动马达是指在外部刺激下可自发运动或可以为物体提供驱动力并使其运动的体系，能够自主捕捉、运输、卸载各种货物，被广泛应用于环境检测与治理方面，包括油水分离领域。宏观尺度（100 μm）的马达（迷你马达）具有运动速度快、容易分离等优点，在大面积油污处理方面具有广阔的应用前景^[8]。通常，迷你马达在运动过程中受到的流体阻力较大，因而需要更强大的驱动力才能实现自主运动。

迄今为止，应用于油水分离领域的马达的驱动力主要有三种：（1、由表面活性物质的释放产生的马兰戈尼效应驱动；（2、由氧化还原反应如H₂O₂的还原反应产生的气泡驱动和（3、由磁性材料产生的磁场驱动。在以上三种驱动方式中，表面活性物质的释放或H₂O₂的加入都将对水环境产生不良影响，且燃料耗尽后马达将不能继续进行自主运动；磁驱动马达制备过程比较复杂，且磁场强度随距离的增加而剧烈减小，不适合大范围水域内的污水处理。光能作为一种绿色、环保的可再生能源，具有强度、波长容易调节和开关可控等优势，能够远程驱动宏观马达的运动，驱动机制主要有由光照引起的界面张力梯度差、光热磁化率改变和光热蒸汽驱动三种。虽然研究者已经制备出了多种光驱动迷你马达，但是使用光作为驱动力的马达很少应用于油水分离领域。

发明内容

本发明提供了一种光驱动Janus超疏水海绵马达的制备方法及其应用，采用独立光热转化层、中间层和油水分离层多层Janus结构的构筑实现超疏水海绵的自主运动，克服超疏水海绵无法自主捕获油滴、无法应用于开放水域这一问题。

本发明具体技术方案如下：

一种光驱动Janus超疏水海绵马达的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

S1：将海绵浸入去离子水和乙醇（质量比为1:1）中，超声1 h，在60℃下干燥，将处理过的海绵浸渍在一定体积的聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂的环己烷溶液中，使海绵将溶液完全吸收，挤压数次后，在一定温度下干燥1 h，获得聚二甲基硅氧烷改性的超疏水海绵；

S2：将光热纳米材料在200℃预热10 min；