CN108660763A - 一种超疏水/超亲油棉布及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水/超亲油棉布及其制备方法和应用，主要通过对浸润过FeCl3溶液的棉布进行聚吡咯包覆以构成棉布的粗糙表面，然后利用棉布上残留的FeCl3与低表面能的硬脂酸在棉布表面生成疏水的硬脂酸铁沉淀，得到超疏水/超亲油棉布。超疏水/超亲油棉布在空气中的水接触角大于150°，滑动角小于10°，且油极易渗透，显示出良好的超疏水以及超亲油性能，并且制备工艺简单，材料成本较低且绿色环保，具备优异的自清洁能力。

Description

一种超疏水/超亲油棉布及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种超疏水/超亲油棉布及其制备方法和应用。
背景技术
超疏水/超亲油材料也被称为“除油”型油水分离材料，这种材料可以选择性吸附或渗透油相，但同时排斥水相。江雷课题组在2004年采用简单的喷雾干燥法，首次制备了超疏水/超亲油钢网，所制备的钢网能够隔离油水混合物中的油。自此，超疏水/超亲油材料开始得到了广泛的研究。目前出现了许多关于三维多孔油吸附型油水分离材料的报道，如三维金属泡沫、聚合物海绵、石墨烯海绵、纤维素海绵等，这些材料主要是通过吸附的方式来回收油水混合物中的油，其中利用膜、织物和网状材料用分离的方式来处理油水混合物的也屡见报道。
自古以来，我国就是一个产棉大国。棉布由于可大规模生产，所以在日常生活中廉价易得。如果可以将棉布用于油水分离中，这将不失为一个简单和廉价的方法。因此对棉布进行改性得到超疏水/超亲油棉布是一个十分有前景的研究课题。目前，本领域大部分研究人员通常采用对棉布表面化学处理，如引入含氟、含硫等有机基团，或者利用在棉布表面进行接枝聚合等方法来制备超疏水/超亲油棉布。本发明为了提高棉布的油水分离性能，规避现有棉布基油水分离材料制备繁琐、原料环保性差、难以调控的缺点，提出以FeCl3作为氧化剂，在棉布表面气相聚合一层粗糙的聚吡咯，并利用FeCl3与硬脂酸反应生成疏水硬脂酸铁的方法。本方法操作工艺简单、成本低廉，所制备的棉布具有良好的超疏水和超亲油的性质，实现易于再生和重复使用的目标。目前，应用聚吡咯和硬脂酸作为棉布表面处理剂，用于处理油污还少见报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种绿色环保的超疏水/超亲油棉布；本发明的目的之二在于提供一种工艺简单、材料成本低廉的超疏水/超亲油棉布的制作方法；同时还提供一种超疏水/超亲油棉布在油水分离等方面的应用。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种超疏水/超亲油棉布，由聚吡咯(Polypyrrole，PPy)以及硬脂酸铁(Stearicacid iron salt，SA)包覆在棉布(Cotton fabric，CF)表面形成。
2、一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗棉布，去除棉布表面的污染物后烘干备用；
2)浸润：将洗净的棉布(CF)浸入均匀的FeCl3溶液中后取出自然晾干；
3)包覆聚吡咯：将浸润过FeCl3溶液的棉布放入含有吡咯单体的密闭容器中，进行气相聚合，得到表面包覆聚吡咯的棉布(CF@PPy)；
4)制备超疏水/超亲油棉布(CF@PPy@SA)：将步骤3)制得的包覆聚吡咯的棉布(CF@PPy)浸入硬脂酸溶液中，加热反应；反应结束后，去除洗净棉布上参与的物质，置于烘箱中干燥，得到超疏水/超亲油棉布(CF@PPy@SA)。
优选的，所述步骤1)中清洗方法为依次将棉布置于装有无水乙醇、丙酮的超声波中各超声清洗0.5～3h，烘干温度为60～100℃。
优选的，所述步骤2)中FeCl3溶液为无水FeCl3乙醇溶液，质量体积浓度为10～50mg/mL。
优选的，所述步骤2)中棉布浸入时间为1～20min。
优选的，所述步骤3)中气相聚合条件为常温常压，聚合时间为0.5～5h。
优选的，所述步骤4)中硬脂酸溶液为硬脂酸乙醇溶液，物质的量浓度为0.05～0.3M。
优选的，所述步骤4)中加热反应时间为0.5～3h，反应温度为50～80℃。
优选的，所述步骤4)中干燥温度为50～100℃，干燥时间为2h。
3、根据超疏水/超亲油棉布的制备方法制备得到的超疏水/超亲油棉布的应用。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的超疏水/超亲油棉布利用聚吡咯(PPy)包覆在棉布表面改善其粗糙度，然后再包覆低表面能的硬脂酸铁，使超疏水/超亲油棉布在空气中的水接触角大于150°，滑动角小于10°，而油极易渗透，显示出良好的超疏水以及超亲油性能。
2、本发明制备的超疏水/超亲油棉布的原材料价格低廉，制备工艺简单，绿色环保。
3、本发明制备的超疏水/超亲油棉布有极好的油水分离效果，并且具备优异的自我清洁性能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1为超疏水/超亲油棉布的制备过程；
图2为棉布的扫描电镜照片；
图3为超疏水/超亲油棉布油水分离材料的扫描电镜照片；
图4为超疏水/超亲油棉布油水分离材料的水接触角和滑动角照片，图(a)为超疏水/超亲油棉布油水分离材料的水接触角，为155.79±1.2°；图(b)为超疏水/超亲油棉布油水分离材料的滑动角，为8±0.5°；
图5为超疏水/超亲油棉布油水分离材料分离油水混合物过程照片；
图6为超疏水/超亲油棉布油水分离材料自清洁过程照片。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
首先将棉布置于装有无水乙醇的超声波中超声清洗0.5h，棉布置于装有丙酮的超声波中超声清洗3h后取出，100℃烘干备用；洗净的棉布(CF)被浸入均匀的无水FeCl3乙醇溶液(25mg/mL)中10min后取出自然晾干；其次将浸润过FeCl3的海绵放入含有吡咯单体的密闭容器中0.5h，在常温常压下气相聚合一层聚吡咯，形成包覆有聚吡咯的棉布(CF@PPy)；最后将CF@PPy棉布浸泡于0.3M的硬脂酸乙醇溶液中，加热到50℃反应3h；反应结束后，用乙醇洗净棉布上多余的物质，置于60℃的烘箱中干燥5h，得到超疏水/超亲油的棉布(CF@PPy@SA)，制备过程如图1所示。
实施例2
首先将棉布置于装有无水乙醇的超声波中超声清洗2h，棉布置于装有丙酮的超声波中超声清洗2h后取出，80℃烘干备用；洗净的棉布(CF)被浸入均匀的无水FeCl3乙醇溶液(50mg/mL)中5min后取出自然晾干；其次将浸润过FeCl3的海绵放入含有吡咯单体的密闭容器中2h，在常温常压下气相聚合一层聚吡咯，形成包覆有聚吡咯的棉布(CF@PPy)；最后将CF@PPy棉布浸入0.1M的硬脂酸乙醇溶液中，加热到60℃反应1h。反应结束后，用乙醇洗净棉布上多余的物质，置于60℃的烘箱中干燥2h，得到超疏水/超亲油的棉布(CF@PPy@SA)。图2为棉布的扫描电镜照片；图3为超疏水/超亲油棉布油水分离材料的扫描电镜照片；图4为超疏水/超亲油棉布油水分离材料的水接触角和滑动角照片：其中，图(a)为超疏水/超亲油棉布油水分离材料的水接触角，为155.79±1.2°；图(b)为超疏水/超亲油棉布油水分离材料的滑动角，为8±0.5°，表面经过改性后，棉布具有超疏水性。
实施例3
首先将棉布置于装有无水乙醇的超声波中超声清洗3h，棉布置于装有丙酮的超声波中超声清洗0.5h后取出，60℃烘干备用，洗净的棉布(CF)被浸入均匀的无水FeCl3乙醇溶液(10mg/mL)中20min后取出自然晾干；其次将浸润过FeCl3的海绵放入含有吡咯单体的密闭容器中5h，在常温常压下气相聚合一层聚吡咯，形成包覆有聚吡咯的棉布(CF@PPy)；最后将CF@PPy棉布浸泡于0.05M的硬脂酸乙醇溶液中，加热到80℃反应0.5h；反应结束后，用乙醇洗净棉布上多余的物质。置于100℃的烘箱中干燥1h，得到超疏水/超亲油的棉布(CF@PPy@SA)。
实施例4油水分离性
将一块按实施例2制备方法所得4cm×4cm大小的超疏水/超亲油棉布作为滤布置于玻璃砂芯过滤装置中，然后将50mL去离子水和50mL氯仿倒入玻璃漏斗中。由于棉布的超疏水/超亲油性能，仅在重力作用下，氯仿会缓缓渗透过所制得的棉布，而水被保留在玻璃砂芯过滤装置中，油水分离过程如图5所示，证明制得的超疏水/超亲油棉布具有良好的油水分离效果
实施例5油水分离性
将一块按实施例2制备方法所得4cm×4cm大小的超疏水/超亲油棉布作为滤布置于玻璃砂芯过滤装置中，然后将50mL去离子水和50mL二氯甲烷倒入玻璃漏斗中。由于棉布的超疏水/超亲油性能，仅在重力作用下，二氯甲烷会缓缓渗透过所制得的棉布，而水被保留在玻璃砂芯过滤装置中，证明制得的超疏水/超亲油棉布同样具有良好的油水分离效果。
实施例6自清洁性
将一块按实施例2制备方法所得2cm×3cm超疏水/超亲油棉布的一面粘在载玻片上。将炭黑粉末作为污染物，撒在超疏水/超亲油棉布表面上，整体倾斜10°后，将水滴连续滴落在其表面上。如图6所示，水滴在滚落的同时，也将棉布表面上的炭黑粉末冲下，这表明被污染的超疏水棉布表面可以被水轻易地清洗干净，具有优异的自清洁能力。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种超疏水/超亲油棉布，其特征在于，由聚吡咯以及硬脂酸铁包覆在棉布表面形成。
2.权利要求1所述的一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗棉布，去除棉布表面的污染物后烘干备用；
2)浸润：将清洗烘干后的棉布浸入均匀的FeCl3溶液中后取出自然晾干；
3)包覆聚吡咯：将浸润过FeCl3的棉布放入含有吡咯单体的密闭容器中，进行气相聚合，得到表面包覆聚吡咯的棉布；
4)制备超疏水/超亲油棉布：将步骤3)制得的包覆聚吡咯的棉布浸入于硬脂酸溶液中，加热反应，反应结束后用乙醇洗净棉布上多余的物质，置于烘箱中干燥，得到超疏水/超亲油棉布。
3.根据权利要求2所述的一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中清洗指依次将棉布置于装有无水乙醇、丙酮的超声波中各超声清洗0.5～3h，烘干温度为60～100℃。
4.根据权利要求2所述的一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中FeCl3溶液为无水FeCl3乙醇溶液，质量体积浓度为10～50mg/mL。
5.根据权利要求2所述的一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中棉布浸入时间为1～20min。
6.根据权利要求2所述的一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中气相聚合条件为常温常压，聚合时间为0.5～5h。
7.根据权利要求2所述的一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中硬脂酸溶液为硬脂酸乙醇溶液，物质的量浓度为0.05～0.3M。
8.根据权利要求2所述的一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中加热反应时间为0.5～3h，反应温度为50～80℃。
9.根据权利要求2所述的一种超疏水/超亲油棉布的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中干燥温度为50～100℃，干燥时间为1～5h。
10.根据权利要求2-9任一项所述的制备方法制备得到的超疏水/超亲油棉布的应用。
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