CN114231955A - 一种改性泡沫铜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了材料领域中超疏水材料技术领域的一种改性泡沫铜及其制备方法和应用。本发明的改性泡沫铜制备方法，具体步骤包括：(1)将泡沫铜浸入含有Cu2+盐的溶液，进行水热反应；(2)将水热反应所得产物置于含有疏水化试剂和固化剂的有机溶液中浸泡，即得到改性泡沫铜。本发明采用了一种十分简单的方法进行处理，在泡沫铜表面构筑致密结晶性良好的Cu2O层和疏水层，增强泡沫铜耐腐蚀的性能，扩大了其应用的条件和范围，在作为疏水材料进行油水分离上具有广阔的应用前景。

Description

一种改性泡沫铜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及超疏水材料技术领域，特别涉及一种改性泡沫铜及其制备方法和应用。
背景技术
随着科学技术的不断发展，研究者构建了超疏水表面，并使其具有超亲油/超疏水的特征，以实现油水分离。泡沫铜是一种在铜基体中均匀分布着大量连通或者不连通孔洞的新型多功能材料，具有良好的导电性和延展性，以泡沫铜为基底的材料不断展现出优异的微纳米级表面化学性质。但是由于铜的耐酸碱腐蚀性不好，从而限制了它的一些应用。对泡沫铜进行处理以在泡沫铜表面构筑一层疏水层，从而增加泡沫铜的耐腐蚀性，使其适用范围更加广泛。现有的表面层改性方法过程复杂，寻找一种工艺简单、易于操作的改性方法具有重要意义。静态水接触角大，当水接触角大于90°时呈明显的疏水性。疏水表面常用的方法有两种，一是使疏水的物质表面的结构粗糙，二是在粗糙面修饰表面能低的物质。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明公开了一种改性泡沫铜及其制备方法和应用，采用的技术方案如下：
一种改性泡沫铜的制备方法，具体步骤如下：
(1)将泡沫铜浸入含有Cu2+盐的溶液，进行水热反应；
(2)将水热反应所得产物置于含有疏水化试剂和固化剂的有机溶液中浸泡，即得到改性泡沫铜。
进一步地，步骤(1)中所述Cu2+盐选自硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种。
进一步地，步骤(1)中所述含有Cu2+盐的溶液的溶剂为水和乙醇的混合液；
优选地，所述Cu2+盐与水的摩尔体积比为0.2-0.4：1mol/L；
优选地，所述乙醇与水的体积比为1-1.5：1。
进一步地，步骤(1)中所述水热反应的温度为120℃-150℃；
进一步地，所述水热反应的时间为12h-15h。
进一步地，步骤(2)中所述固化剂为1-氰乙基2-甲基咪唑；
进一步地，所述疏水化试剂为聚二甲基硅氧烷；
进一步地，所述有机溶液为正己烷；
优选地，所述聚二甲基硅氧烷与1-氰乙基2-甲基咪唑的质量比为9-10：1；
优选地，所述1-氰乙基2-甲基咪唑与正己烷的质量体积比为0.1：30g/mL。
进一步地，步骤(1)中在水热反应前还包括对泡沫铜进行活化前处理：泡沫铜先后用丙酮超声清洗，水冲洗，盐酸超声清洗，乙醇冲洗，最后干燥处理；
具体步骤为：用丙酮清洗去除泡沫铜表面的油脂，用水冲洗后用盐酸清洗去除泡沫铜表面的氧化膜，再次用水冲洗后用乙醇冲洗并干燥；将三水硝酸铜的水溶液与无水乙醇混合；将得到的溶液与泡沫铜放入反应釜中进行反应，泡沫铜表面生成了致密的Cu2O层，用含有疏水化试剂和固化剂的有机溶液浸泡，清洗干燥，即得具有疏水性的改性的泡沫铜。
优选地，所述盐酸浓度为1-3mol/L。
进一步地，步骤(2)中所述有机溶液浸泡前还包括对水热反应所得产物的清洗和干燥；
进一步地，步骤(2)中所述有机溶液浸泡得到改性泡沫铜后还包括将改性泡沫铜进行干燥处理；
优选地，所述干燥温度为60-80℃；
优选地，所述干燥时间为3-5h。
以上任一项所述制备方法制得的为改性泡沫铜。
改性泡沫铜作为疏水材料的应用；
优选地，所述改性泡沫铜在油水分离中的应用。
本发明采取的有益效果为：
(1)本发明提供了一种改性泡沫铜制备方法，将含有Cu2+盐的溶液与泡沫铜混合后发生水热反应，将水热反应所得产物置于含有疏水化试剂和固化剂的有机溶液中浸泡即得。在水热反应后，泡沫铜表面结构发生，泡沫铜的网状结构被致密的结晶性良好的Cu2O覆盖，此种结构使得泡沫铜本身的强度增加，耐腐蚀性增强。
相比于泡沫铜原本的网状结构，致密的结晶性良好的Cu2O层可以使泡沫铜与疏水化的溶剂接触面积加大，疏水化效果得到提升，与液体接触时，泡沫铜表面的疏水层阻碍了水和腐蚀性溶液对泡沫铜的接触，进一步增强了泡沫铜的耐腐蚀性。
(2)本发明制备方法具有工艺简单、易于操作、原料易于获得的优点，先用简单的一步水热法在泡沫铜表面附着结晶性良好、致密的Cu2O层，提高泡沫铜表面的粗糙度，其次再用疏水化溶剂修饰水热后的泡沫铜，使得泡沫铜具有疏水化的特质，使其应用范围更加广泛，尤其是在作为疏水材料进行油水分离的应用上具有广阔的前景。
附图说明
图1是本发明实施例1中得到的水热反应后的泡沫铜SEM图；
图2是实施例1中的水接触角；
图3是本发明实施例2中得到的水热反应后的泡沫铜SEM图；
图4是实施例2中的水接触角；
图5是本发明实施例3中得到的水热反应后的泡沫铜SEM图；
图6是实施例3中的水接触角。
具体实施方式
为了更清楚地理解本发明，现参照下列实施例及附图进一步描述本发明。实施例仅用于解释而不以任何方式限制本发明。实施例中，各原始试剂材料均可商购获得，未注明具体条件的实验方法为所属领域熟知的常规方法和常规条件，或按照仪器制造商所建议的条件。
实施例1
(1)对泡沫铜进行反应前处理，去除泡沫铜表面的油脂和氧化膜，用厚度3mm的泡沫铜，裁剪成1cm×5cm，将泡沫铜放在丙酮溶液中超声清洗20min，再用去离子水进行冲洗，洗掉多余的丙酮溶液，再用3mol/L的稀盐酸溶液进行超声清洗20min，再用去离子水进行冲洗，洗掉多余的盐酸溶液，在60℃的烘箱中干燥20min，得到处理好的泡沫铜。
(2)取4mmol的三水硝酸铜溶于13.5ml的去离子水中，与13.5ml的乙醇溶液混合，将泡沫铜放置在溶液中，转移到50ml的聚四氟乙烯反应釜中，在烘箱中120℃反应12h，得到反应产物，将反应后的泡沫铜用去离子水和无水乙醇冲洗，放在60℃的烘箱中干燥3h。
(3)将0.9g的聚二甲基硅氧烷与0.1g的1-氰乙基2-甲基咪唑混合，溶解在30ml的正己烷溶液中，将步骤(2)处理后的泡沫铜在溶液中浸泡30min，取出后放置在60℃的烘箱中干燥5h。
实施例2
(1)对泡沫铜进行反应前处理，去除泡沫铜表面的油脂和氧化膜，用厚度3mm的泡沫铜，裁剪成1cm×5cm，将泡沫铜放在丙酮溶液中超声清洗20min，再用去离子水进行冲洗，洗掉多余的丙酮溶液，再用3mol/L的稀盐酸溶液进行超声清洗20min，再用去离子水进行冲洗，洗掉多余的盐酸溶液，在60℃的烘箱中干燥20min，得到处理好的泡沫铜。
(2)取4mmol的五水硫酸铜溶于13.5ml的去离子水中，与13.5ml的乙醇溶液混合，将泡沫铜放置在溶液中，转移到50ml的聚四氟乙烯反应釜中，在烘箱中120℃反应12h，得到反应产物，将反应后的泡沫铜用去离子水和无水乙醇冲洗，放在60℃的烘箱中干燥3h。
(3)将0.9g的聚二甲基硅氧烷与0.1g的1-氰乙基2-甲基咪唑混合，溶解在30ml的正己烷溶液中，将步骤(2)处理后的泡沫铜在溶液中浸泡30min，取出后放置在60℃的烘箱中干燥5h。
实施例3
(1)对泡沫铜进行反应前处理，去除泡沫铜表面的油脂和氧化膜，用厚度3mm的泡沫铜，裁剪成1cm×5cm，将泡沫铜放在丙酮溶液中超声清洗20min，再用去离子水进行冲洗，洗掉多余的丙酮溶液，再用3mol/L的稀盐酸溶液进行超声清洗20min，再用去离子水进行冲洗，洗掉多余的盐酸溶液，在60℃的烘箱中干燥20min，得到处理好的泡沫铜。
(2)取4mmol的二水氯化铜溶于13.5ml的去离子水中，与13.5ml的乙醇溶液混合，将泡沫铜放置在溶液中，转移到50ml的聚四氟乙烯反应釜中，在烘箱中120℃反应12h，得到反应产物，将反应后的泡沫铜用去离子水和无水乙醇冲洗，放在60℃的烘箱中干燥3h。
(3)将0.9g的聚二甲基硅氧烷与0.1g的1-氰乙基2-甲基咪唑混合，溶解在30ml的正己烷溶液中，将步骤(2)处理后的泡沫铜在溶液中浸泡30min，取出后放置在60℃的烘箱中干燥5h。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种改性泡沫铜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将泡沫铜浸入含有Cu2+盐的溶液，进行水热反应；
(2)将水热反应所得产物置于含有疏水化试剂和固化剂的有机溶液中浸泡，即得到改性泡沫铜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述Cu2+盐选自硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述含有Cu2+盐的溶液的溶剂为水和乙醇的混合液；
优选地，所述Cu2+盐与水的摩尔体积比为0.2-0.4：1mol/L；
优选地，所述乙醇与水的体积比为1-1.5：1。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述水热反应的温度为120℃-150℃；
所述水热反应的时间为12h-15h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述固化剂为1-氰乙基2-甲基咪唑；
所述疏水化试剂为聚二甲基硅氧烷；
所述有机溶液为正己烷；
优选地，所述聚二甲基硅氧烷与1-氰乙基2-甲基咪唑的质量比为9-10：1；
优选地，所述1-氰乙基2-甲基咪唑与正己烷的质量体积比为0.1：30g/mL。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中在水热反应前还包括对泡沫铜进行活化前处理，具体步骤为：泡沫铜先后用丙酮超声清洗，水冲洗，盐酸超声清洗，乙醇冲洗，最后干燥处理；
优选地，所述盐酸浓度为1-3mol/L。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述有机溶液浸泡前还包括对水热反应所得产物的清洗和干燥；
步骤(2)中所述有机溶液浸泡得到改性泡沫铜后还包括将改性泡沫铜进行干燥处理；
优选地，所述干燥温度为60-80℃；
优选地，所述干燥时间为3-5h。
8.权利要求1-7中任一项所述制备方法制得的为改性泡沫铜。
9.权利要求8所述的改性泡沫铜作为疏水材料的应用；
优选地，所述改性泡沫铜在油水分离中的应用。
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