CN106283133B - 一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法，仿生天然植物叶表面疏水自洁，采用氧化沉积的方法，制备出具有pH响应仿生微纳米尺度双层分级的超疏水表面，该方法首先以稀盐酸、丙酮和蒸馏水清洗铜泡沫预处理，再将铜泡沫浸入反应溶液中进行氧化沉积，使其表面的形貌特征发生改变，铜泡沫表面形成仿生微纳米尺度双层分级结构，氧化沉积完成后，将具有仿生微纳米尺度双层分级结构的铜网浸入修饰溶液使其表面形成低表面能薄膜，最终使铜网表面具有pH响应超疏水特性。本发明操作简单，实验参数可控且成本低廉，可用于制造油水分离材料，并具有对溶液酸碱性有一定的响应性，可用于进行酸碱可控油水分离，具有良好的机械稳定性和重复利用性质。

Description

一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法
技术领域
本发明涉及仿生科学领域，特别涉及一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法。
背景技术
在过去的几年，全世界溢油事故不断发生，同时大量工业含油废水直接排放到环境中，对大气和土壤造成污染，也严重危害人类健康。油水分离已成为一个严峻的挑战，引起海内外广泛关注。目前，油污水处理方法主要分为：膜分离法、撇油器法、离心分离法、生物氧化法、重力分离法、磁选法、浮选法、吸附法和化学法，然而，大多数处理方法存在设备昂贵、处理步骤复杂、处理时间长及对环境造成再生污染等问题；膜分离法虽然处理油水分离过程简单、高效且方法应用广泛，但在实际应用中易受污染、不易清洗、运行费用高等问题；为此，研究者们致力于研制新型膜材料，如超疏水膜、超疏油膜、超疏水超亲油膜等以克服上述问题。
在油水分离过程中使用具有特殊润湿性的选择性透过材料可使油选择性地透过网格而将水排斥，轻松解决油水分离问题，在自然界中，许多植物和昆虫表现出优异的超疏水性，如荷叶、玫瑰花瓣、万寿菊花瓣、稻叶、水黾、蝴蝶翅膀和蚊子眼睛等，受到上述动植物疏水特性的启发，可以在普通金属材料表面制备超疏水试样，并将其应用于实际工程中，现有制备超疏水和超亲油特性的铜泡沫，如化学刻蚀、电化学沉积法、电纺丝法、溶胶凝胶法、CVD法等，上述方法所制备的铜泡沫表面不具类似天然植物叶的微纳米尺度双层分级结构。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，而提供一种采仿生油水分离铜泡沫的制备方法，该制备方法采用电沉积方法，在铜泡沫上制备出类似天然植物叶的微纳米尺度双层分级结构的表面，改善了铜泡沫的表面性能，使其具有超疏水超亲油特性，表面疏水性显著提高，可以实现高效的油水分离。
一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法，具体步骤如下：
1)对铜泡沫进行预处理：将铜泡沫依次放置于稀盐酸、丙酮和蒸馏水中超声波清洗，除去表面的氧化膜和污垢；
2)氧化沉积：将清洗后的铜泡沫浸入电镀液中进行氧化沉积反应，所述电镀液为AgNO3，浓度为0.02-0.04M/L，电镀液体积为150-250ml，反应时间为15-30s，置换反应完成后，在铜泡沫表面形成微观结构为松针状，即在铜泡沫基底上形成微纳米尺度双层分级结构表面；
3)表面修饰：电镀完成后，将具有微纳米双层分级结构的铜泡沫浸泡到含有正十二烷基硫醇(HS(CH2)11CH3)和11-巯基十一烷酸(HS(CH2)10COOH)乙醇溶液中，这两种溶质浓度之和为1M/L，硫醇的摩尔比例为3:2，浸泡10h后取出，在干燥箱中干燥，便得到具有pH响应可逆润湿性的铜泡沫；
本发明的有益效果：
本发明的制备方法操作简单，实验参数可控且成本低廉，此方法可用于制造油水分离材料，也可用于制造油水分离材料，该材料具有对溶液酸碱性有一定的响应性，可用于进行酸碱可控油水分离，实现高效的油水分离目的，并且具有良好的机械稳定性和重复利用性质。
附图说明
图1是本发明未处理的铜泡沫放大倍率由a至c，并依次增大的扫描电镜图(SEM)。
图2是本发明实施例2铜泡沫放大倍率由a至c，并依次增大的扫描电镜图(SEM)。
图3是本发明将pH＝13与pH＝7的液滴分别滴到样品上的润湿性对比图。
图4是本发明制备过程原理示意图。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3和图4所示，一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法，具体制备方法如下：
1)对铜泡沫进行预处理：将铜泡沫依次放置于稀盐酸、丙酮和蒸馏水中超声波清洗，除去表面的氧化膜和污垢；
2)氧化沉积：将清洗后的铜泡沫浸入电镀液中进行氧化沉积反应，所述电镀液为AgNO3，浓度为0.02-0.04M/L，电镀液体积为150-250ml，反应时间为15-30s，置换反应完成后，在铜泡沫表面形成微观结构为松针状，即在铜泡沫基底上形成微纳米尺度双层分级结构表面；
3)表面修饰：电镀完成后，将具有微纳米双层分级结构的铜泡沫浸泡到含有正十二烷基硫醇(HS(CH2)11CH3)和11-巯基十一烷酸(HS(CH2)10COOH)乙醇溶液中，这两种溶质浓度之和为1M/L，硫醇的摩尔比例为3:2，浸泡10h后取出，在干燥箱中干燥，便得到具有pH响应可逆润湿性的铜泡沫。
实施例1
一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法，具体制备方法如下：
1)对铜泡沫进行预处理：将铜泡沫依次放置于稀盐酸、丙酮和蒸馏水中超声波清洗10min，除去表面的氧化膜和污垢；
2)氧化沉积：将清洗后的铜泡沫浸入电镀液中进行电解，所述电镀液为AgNO3，浓度为0.02M/L，反应溶液体积为250ml，反应时间为30s，置换反应完成后，在铜泡沫表面形成微观结构为松针状，即在铜泡沫基底上形成仿生微纳米尺度双层分级结构表面；
3)表面修饰：将具有仿生微纳米双层分级结构的铜泡沫浸泡到含有正十二烷基硫醇(HS(CH2)11CH3)和11-巯基十一烷酸(HS(CH2)10COOH)乙醇溶液中，这两种溶质浓度之和为1M/L，硫醇的摩尔比例为3:2，浸泡10h后取出，在干燥箱中干燥，便得到具有pH响应可控润湿性的铜泡沫；
所述仿生油水分离铜泡沫的面积为4x4cm2，铜泡沫的孔径为400μm。
实施例2
一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法，具体制备方法如下：
1)对铜泡沫进行预处理：将铜泡沫依次放置于稀盐酸、丙酮和蒸馏水中超声波清洗10min，除去表面的氧化膜和污垢；
2)氧化沉积：将清洗后的铜泡沫浸入电镀液中进行电解，所述电镀液为AgNO3，浓度为0.03M/L，反应溶液体积为200ml，反应时间为20s，置换反应完成后，在铜泡沫表面形成微观结构为松针状，即在铜泡沫基底上形成仿生微纳米尺度双层分级结构表面；
3)表面修饰：将具有仿生微纳米双层分级结构的铜泡沫浸泡到含有正十二烷基硫醇(HS(CH2)11CH3)和11-巯基十一烷酸(HS(CH2)10COOH)乙醇溶液中，这两种溶质浓度之和为1M/L，硫醇的摩尔比例为3:2，浸泡10h后取出，在干燥箱中干燥，便得到具有pH响应可控润湿性的铜泡沫。
所述仿生油水分离铜泡沫的面积为4x4cm2，铜泡沫的孔径为100μm；
实施例3
一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法，具体制备方法如下：
1)对铜泡沫进行预处理：将铜泡沫依次放置于稀盐酸、丙酮和蒸馏水中超声波清洗10min，除去表面的氧化膜和污垢；
2)电化学沉积：将清洗后的铜泡沫浸入电镀液中进行电解，所述电镀液为AgNO3，浓度为0.04M/L，反应溶液体积为150ml，反应时间为15s，置换反应完成后，在铜泡沫表面形成微观结构为松针状，即在铜泡沫基底上形成仿生微纳米尺度双层分级结构表面；
3)表面修饰：将具有仿生微纳米双层分级结构的铜泡沫浸泡到含有正十二烷基硫醇(HS(CH2)11CH3)和11-巯基十一烷酸(HS(CH2)10COOH)乙醇溶液中，这两种溶质浓度之和为1M/L，硫醇的摩尔比例为3:2，浸泡10h后取出，在干燥箱中干燥，便得到具有pH响应可控润湿性的铜泡沫；
所述仿生油水分离铜泡沫的面积为4x4cm2，铜泡沫的孔径为400μm。

Claims (1)

1.一种仿生油水分离铜泡沫的制备方法，具体制备方法如下：
1)对铜泡沫进行预处理：将铜泡沫依次放置于稀盐酸、丙酮和蒸馏水中超声波清洗，除去表面的氧化膜和污垢；
2)氧化沉积：将清洗后的铜泡沫浸入电镀液中进行氧化沉积反应，所述电镀液为AgNO3，浓度为0.03M/L，电镀液体积为200ml，反应时间为20s，置换反应完成后，在铜泡沫表面形成微观结构为松针状，即在铜泡沫基底上形成微纳米尺度双层分级结构表面；
3)表面修饰：电镀完成后，将具有微纳米双层分级结构的铜泡沫浸泡到含有正十二烷基硫醇(HS(CH2)11CH3)和11-巯基十一烷酸(HS(CH2)10COOH)乙醇溶液中，这两种溶质浓度之和为1M/L，硫醇的摩尔比例为3：2，浸泡10h后取出，在干燥箱中干燥，便得到具有pH响应可逆润湿性的铜泡沫。
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