CN102380470A - 利用电化学沉积法制备超疏水超亲油表面的方法 - Google Patents

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杨武
郭昊
王琴琴
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Abstract

本发明公开了一种利用电化学沉积法制备超疏水超亲油表面的方法，属于功能材料技术领域。该方法是先利用将电化学沉积在铜或铜合金基底表面形成微纳米结构的银膜，再用十二羟基硬脂酸修饰后，得到的表面具有超疏水超亲油性。本发明制备的超疏水超亲油性表面，对水的接触角为154°~159°，滚动角小于5°；对油的接触角为0~5°，具有疏水效果好、亲油速度快的特性；膜厚均匀，不易脱落，在空气中放置较长时间仍保持其性质基本不变，可用于油水分离，净化油液中的水分，在工矿、石化、环保等领域具有广泛的应用前景。

Description

利用电化学沉积法制备超疏水超亲油表面的方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，涉及一种在铜或铜合金表面制备具有超疏水和超亲油性表面的方法，尤其涉及一种利用电化学沉积法制备超疏水超亲油表面的方法。
背景技术
表面润湿性是固体表面的一个重要特性，主要由固体表面的化学组成和微观几何结构共同决定。近年来，一些具有特殊润湿性的表面，如超疏水性，超疏油性，超亲水性，超亲油性，在生产、生活以及基础研究领域具有广泛而重要的用途。若在材料表面同时具有上述任意两种润湿性，将会有更多的潜在应用。例如，同时具有超疏水和超亲油的表面可以作为一种新的分离手段，简单、有效地分离油和水的混合物；同时具有超疏水和超亲水的表面具有自净的性质。
目前，制备超疏水超亲油表面的方法有多种，如溶胶-凝胶法，金属辅助性刻蚀法，喷涂，浸涂法等。但这些方法工艺相对复杂，操作不便，成本高，不利于工业化生产。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种利用电化学沉积法制备超疏水超亲油表面的方法。
本发明制备超疏水超亲油表面的方法，是先利用电化学沉积在铜或铜合金基底表面形成微纳米结构的银膜，再用十二羟基硬脂酸修饰后，得到的表面具有超疏水超亲油性。其具体工艺如下： 
（1）分别用无水乙醇，丙酮，氢氧化钠溶液，二次水超声清洗铜或铜合金基底，晾干；
（2）将铜或铜合金基底浸入浓度为0.01~0.1M的硝酸银溶液中，于常温反应2~30 min；反应后将基底取出，用二次水清洗，氮气吹干；
（3）再将铜或铜合金基底浸入质量浓度为0.1%~5％的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，于常温反应15min~12h；反应后将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干，得到具有超疏水超亲油性的表面。
本发明的原理是：由于铜比银的金属活动性强，所以铜或铜合金片在硝酸银溶液中发生置换反应，将银从硝酸银溶液中置换出来，从而形成分等级的微纳米结构，再用低表面能物质—十二羟基硬脂酸进行修饰，从而得到具有超疏水超亲油性的表面。
下面通过具体实验对本发明制备的超疏水超亲油性表面的性能进行检测和分析。
检测仪器： XRD采用日本理学公司生产的（D/Max-2400）； SEM采用日本电子光学公司生产的冷场发射型扫描电镜（JSM-6701F）；接触角仪采用SL200B标准接触角仪。
图1、2分别为铜片和通过电流交换反应沉积在铜片上的银膜的XRD图。其中圆点处为铜的出峰位置，星点处为银的出峰位置。通过图1、2，说明银成功的沉积在了铜表面上。
图3为通过电流交换反应沉积在铜片上的具有微纳米结构的银膜的SEM图。图3的结果说明，沉积在铜片上的银膜具有树枝状分等级的微纳米结构。
图4为铜片在0.01M硝酸银溶液中，常温反应25 min，再在十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中常温下浸泡2h后，测得的水的接触角图。接触角达到158°。
图5为铜片在0.01M硝酸银溶液中，常温反应25 min，再在十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中常温下浸泡2h后，测得的油的接触角图。刚滴上去，油的接触角为4°（如图5所示），随后，油滴迅速铺展，接触角接近于0°。
大量实验证明，本发明制备的超疏水超亲油性表面，对水的接触角为154°~159°，滚动角小于5°；对油的接触角为0°~5°。而且，该表面在水和一些有机溶剂（如无水乙醇，丙酮，正己烷）中浸泡较长的时间（至少12h）后，其接触角基本保持不变；该表面还能长期放置在空气中而保持其超疏水超亲油性。
综上所述，本发明制备的超疏水超亲油性表面，具有疏水效果好、亲油速度快的特性；膜厚均匀，不易脱落，在空气中放置较长时间仍保持其性质基本不变，可用于油水分离，净化油液中的水分，在工矿、石化、环保等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为铜片的XRD图。
图2为通过电流交换反应沉积在铜片上的银膜的XRD图。
图3为通过电流交换反应沉积在铜片上的具有微纳米结构的银膜的SEM图。
图4为铜片在0.01M硝酸银溶液中，常温反应25 min，再在十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中常温下浸泡2h后，测得的水的接触角图。
图5为铜片在0.01M硝酸银溶液中，常温反应25 min，再在十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中常温下浸泡2h后，测得的油的接触角图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
（1）铜或铜合金片的清洗：分别用无水乙醇，丙酮，1.0M氢氧化钠溶液，二次水超声清洗铜或铜合金基底，除去其表面的油，晾干。
（2）铜或铜合金片表面微纳米结构的形成：将清洗干净的铜或铜合金基底浸入0.01M硝酸银溶液中，常温下反应25 min。反应完后，基底用二次水清洗，氮气吹干。
（3）超疏水超亲油表面的制备：将上述处理好的铜或铜合金基底浸入质量浓度3%的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，在常温下浸泡30 min；反应完后，将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干后，测得表面水接触角为154°；油滴迅速铺展，油接触角小于5°。
实施例2
（1）铜或铜合金基底的清洗：同实施例1。
（2）铜或铜合金片表面微纳米结构的形成：将清洗干净的铜或铜合金基底浸入0.01M的硝酸银溶液中，常温下反应30 min。反应完后，基底用二次水清洗，氮气吹干。
（3）超疏水超亲油铜或铜合金表面的制备：将上述处理好的铜或铜合金基底浸入质量浓度1%的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，常温浸泡1h；反应完后，将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干后，测得表面水接触角为156°；油滴迅速铺展，油接触角小于5°。
实施例3
（1）铜或铜合金基底的清洗：同实施例1。
（2）铜或铜合金片表面微纳米结构的形成：将上述清洗干净的铜或铜合金基底浸入0.01M的硝酸银溶液中，常温下反应25 min；反应完后，基底用二次水清洗，氮气吹干。
（3）超疏水超亲油铜或铜合金表面的制备：将上述处理好的铜或铜合金基底浸入质量浓度1%的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，在常温下浸泡2h；反应完后，将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干后，测得表面水接触角为158°；油滴迅速铺展，油接触角接近于0°。
实施例4
（1）铜或铜合金基底的清洗：同实施例1。
（2）铜或铜合金片表面微纳米结构的形成：将上述清洗干净的铜或铜合金基底浸入0.025M的硝酸银溶液中，常温下反应2 min；反应完后，基底用二次水清洗，氮气吹干。
（3）超疏水超亲油表面的制备：将上述处理好的铜或铜合金基底浸入质量浓度1.5%的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，在常温下浸泡40 min；反应完后，将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干后，测得表面水接触角为156°；油滴迅速铺展，油接触角接近于0°。
实施例5：
（1）铜或铜合金基底的清洗：同实施例1。
（2）铜或铜合金片表面微纳米结构的形成：将上述清洗干净的铜或铜合金基底浸入0.025M硝酸银溶液中，常温下反应3 min；反应完后，基底用二次水清洗，氮气吹干。
（3）超疏水超亲油表面的制备：将上述处理好的铜或铜合金基底浸入质量浓度1%的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，在常温下浸泡90 min；反应完后，将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干后，测得表面水接触角为159°；油滴迅速铺展，接触角接近于0°。
实施例6
（1）铜或铜合金基底的清洗：同实施例1。
（2）铜或铜合金片表面微纳米结构的形成：将上述清洗干净的铜或铜合金基底浸入0.025M的硝酸银溶液中，常温下反应2 min；反应完后，基底用二次水清洗，氮气吹干。
（3）超疏水超亲油表面的制备：将上述处理好的铜或铜合金基底浸入质量浓度0.1%的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，在常温下浸泡12h；反应完后，将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干后，测得表面水接触角为155°；油滴迅速铺展，油接触角接近于0°。
实施例7
（1）铜或铜合金基底的清洗：同实施例1。
（2）铜或铜合金片表面微纳米结构的形成：将上述清洗干净的铜或铜合金基底浸入0.025M的硝酸银溶液中，常温下反应2 min；反应完后，基底用二次水清洗，氮气吹干。
（3）超疏水超亲油表面的制备：将上述处理好的铜或铜合金基底浸入质量浓度5%的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，在常温下浸泡15 min；反应完后，将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干后，测得表面水接触角为156°；油滴迅速铺展，油接触角接近于0°。

Claims (2)

1.一种利用电化学沉积法制备超疏水超亲油表面的方法，是先利用电化学沉积在铜或铜合金基底表面形成微纳米结构的银膜，再用十二羟基硬脂酸修饰后，得到的表面具有超疏水超亲油性。
2.如权利要求1所述利用电化学沉积法制备超疏水超亲油表面的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）分别用无水乙醇，丙酮，氢氧化钠溶液，二次水超声清洗铜或铜合金基底，晾干；
（2）将铜或铜合金基底浸入浓度为0.01~0.1M的硝酸银溶液中，于常温反应2~30 min；反应后将基底取出，用二次水清洗，氮气吹干；
（3）再将铜或铜合金基底浸入质量浓度为0.1%~5％的十二羟基硬脂酸的乙醇溶液中，于常温反应15min~12h；反应后将基底取出，用无水乙醇清洗，晾干，得到具有超疏水超亲油性的表面。
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