CN115369691A - 一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用 - Google Patents
一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115369691A CN115369691A CN202210852538.XA CN202210852538A CN115369691A CN 115369691 A CN115369691 A CN 115369691A CN 202210852538 A CN202210852538 A CN 202210852538A CN 115369691 A CN115369691 A CN 115369691A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- filter paper
- hydrophobic
- super
- suspension
- ultra
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 85
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 35
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 16
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims abstract description 13
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 235000019476 oil-water mixture Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 239000002569 water oil cream Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 17
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- -1 alkyl chlorosilane Chemical compound 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N trichloro(octadecyl)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 5
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 claims description 4
- KVRXUBCNDACNHK-UHFFFAOYSA-N chloro(fluoro)silicon Chemical compound F[Si]Cl KVRXUBCNDACNHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 claims description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001343 alkyl silanes Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 8
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 8
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 8
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 239000007764 o/w emulsion Substances 0.000 description 3
- 235000012424 soybean oil Nutrition 0.000 description 3
- 239000003549 soybean oil Substances 0.000 description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000007762 w/o emulsion Substances 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000009775 high-speed stirring Methods 0.000 description 2
- CCCMONHAUSKTEQ-UHFFFAOYSA-N octadec-1-ene Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC=C CCCMONHAUSKTEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 2
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NWGKJDSIEKMTRX-AAZCQSIUSA-N Sorbitan monooleate Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(=O)OC[C@@H](O)[C@H]1OC[C@H](O)[C@H]1O NWGKJDSIEKMTRX-AAZCQSIUSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- JBTHDAVBDKKSRW-UHFFFAOYSA-N chembl1552233 Chemical compound CC1=CC(C)=CC=C1N=NC1=C(O)C=CC2=CC=CC=C12 JBTHDAVBDKKSRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 description 1
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 229940073450 sudan red Drugs 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- AVXLXFZNRNUCRP-UHFFFAOYSA-N trichloro(1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-heptadecafluorooctyl)silane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[Si](Cl)(Cl)Cl AVXLXFZNRNUCRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H27/00—Special paper not otherwise provided for, e.g. made by multi-step processes
- D21H27/08—Filter paper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/08—Thickening liquid suspensions by filtration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
- B01D17/08—Thickening liquid suspensions by filtration
- B01D17/085—Thickening liquid suspensions by filtration with membranes
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
- D21H17/03—Non-macromolecular organic compounds
- D21H17/05—Non-macromolecular organic compounds containing elements other than carbon and hydrogen only
- D21H17/11—Halides
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
- D21H17/03—Non-macromolecular organic compounds
- D21H17/05—Non-macromolecular organic compounds containing elements other than carbon and hydrogen only
- D21H17/14—Carboxylic acids; Derivatives thereof
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
- D21H17/63—Inorganic compounds
- D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
- D21H17/675—Oxides, hydroxides or carbonates
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
- D21H17/63—Inorganic compounds
- D21H17/67—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
- D21H17/68—Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments siliceous, e.g. clays
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
- D21H21/50—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by form
- D21H21/52—Additives of definite length or shape
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Paper (AREA)
Abstract
本发明提供一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将超疏水悬浊液悬涂、浸涂或喷涂于滤纸上；再将得到的滤纸进行干燥；所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯0.5～5％w/v、纳米二氧化钛0.2～6％w/v、低表面能物质0.5～5％w/v、纳米二氧化硅0～6％w/v，余量为无水乙醇。本发明中的超疏水滤纸可用于油水混合物分离、油水乳液分离，以及用于制备Janus膜，且本发明原料易得，制备方法简单，成本低，可反复使用，易于处置，适于规模化生产与应用，具有广泛的社会效益和经济价值。
Description
技术领域
本发明属于有机无机复合功能材料技术领域，尤其涉及一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用。
背景技术
纤维素基滤纸具有吸湿性、经济性、可持续性和生物降解性，在我们的日常生活中应用广泛。与金属网膜或其他硬质材料相比，纸基材料具有柔软、易成形等优点，用于油水分离材料的制备具有独特优势。尽管滤纸表面含有大量可用于功能化的羟基使其表面出亲水性，但基于滤纸也可以开发出不可润湿的特性用于不同的用途。虽然已有关于将亲水滤纸转变为具有疏水或双疏性质的滤纸的报道，但大多数的情况下复杂的制备程序和设备、高成本、耗时长和表面相容性差等缺陷还是在一定程度上阻碍了疏水/疏油普通滤纸的实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用，制备方法简便有效，制备得到超疏水滤纸不仅具有油水分离而且能实现乳液分离。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，包括以下步骤：将超疏水悬浊液悬涂、浸涂或喷涂于滤纸上；再将得到的滤纸进行干燥；
所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯0.5～5％w/v、纳米二氧化钛0.2～6％w/v、低表面能物质0.5～5％w/v、纳米二氧化硅0～6％w/v，余量为无水乙醇。
上述超疏水悬浊液中，原硅酸四乙酯和低表面能物质能与滤纸上的羟基发生反应，分别键合在滤纸上，另外纳米二氧化钛、纳米二氧化硅表面少量的羟基与添加的低表面能物质(例如全氟辛基三氯硅烷)发生反应，其表面也可能包裹一层底表面能物质。而经过上述修饰的纳米二氧化钛、纳米二氧化硅可构建滤纸表面的粗糙度，且低表面能物质进一步使得滤纸的表面能降低，从而制备得到表面超疏水的滤纸。
优选的，所述滤纸为经过纳秒激光打孔的滤纸和/或未经过纳秒激光打孔的滤纸；所述经过纳秒激光打孔的滤纸、未经过纳秒激光打孔的滤纸均为快速定性滤纸、中速定性滤纸、慢速定性滤纸、快速定量滤纸、中速定量滤纸、慢速定量滤纸中的一种或多种；所述经过纳秒激光打孔为采用激光雕刻机打孔，打孔孔径大小为100～500μm。具体可为在边长是2cm正方形区域内打上100个孔，正方形排列，每行每列都是10个，孔径大小可为100μm、200μm，300μm、400μm或500μm。
其中，当所述滤纸为未经过纳秒激光打孔的滤纸时，超疏水滤纸的制备方法包括以下步骤：将超疏水悬浊液悬涂、浸涂或喷涂于滤纸上；再将得到的滤纸进行干燥；然后将所得滤纸经过纳秒激光打孔为采用激光雕刻机打孔，打孔孔径大小为100～500μm。
优选的，所述纳米二氧化钛由以下组分组成：粒径为10～30nm的纳米二氧化钛30～100％wt、粒径为90～130nm的纳米二氧化钛0～70％wt。其中，两种不同粒径的纳米二氧化钛的占比可均为50％。
本发明将上述粒径的纳米二氧化钛进行配合，更容易构建滤纸表面的粗糙度，从而制备得到性能优异的表面超疏水的滤纸。
所述低表面能物质为氟氯硅烷、含氟的烷基硅烷、长链烷基的氯硅烷及长链烷基的乙氧基硅烷中的一种或多种；其中，所述氟氯硅烷包括1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷；所述长链烷基的氯硅烷包括十八烷基三氯硅烷；进一步优选的，所述低表面能物质为1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷中的一种或两种；
所述纳米二氧化硅粒径为20～40nm。
优选的，所述超疏水悬浊液由以下方法制备得到：按配比称取原硅酸四乙酯、纳米二氧化钛、低表面能物质，纳米二氧化硅，混合后加入无水乙醇，超声分散10～30min，即得所述超疏水悬浊液。
优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：将滤纸浸没于超疏水悬浊液中，超声处理10～60s，将超疏水悬浊液浸涂于滤纸上；取出滤纸后进行干燥；所述干燥为自然干燥或加热烘干。上述超声处理时间如果过长，滤纸有可能变脆，容易穿孔。
优选的，所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯1％w/v、纳米二氧化钛3％w/v、低表面能物1％w/v，余量为无水乙醇。通过该配方的超疏水悬浊液制备得到的超疏水滤纸，具有优异的超疏水性能，但不具备超疏油性能。
优选的，所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯1％w/v、纳米二氧化钛3％w/v、纳米二氧化硅3％w/v、低表面能物质1％w/v，余量为无水乙醇。通过该配方的超疏水悬浊液可制备得到的超疏水滤纸，具有超疏水性能，又具有超疏油性能。
作为一个总的发明构思，本发明提供了一种通过上述制备方法制备得到的紫外光智能响应的超疏水滤纸。
作为一个总的发明构思，本发明提供了一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的应用，具体为将所述超疏水滤纸用于油水混合物分离、油水乳液分离。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的应用，具体为将所述超疏水滤纸用于制备Janus膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明制备方法能够将实验室普通滤纸从亲水性滤纸转变为超疏水滤纸，或转变为高疏水且高疏油的滤纸，该制备方法直接、简便有效。本发明制备方法不需要复杂的合成化学技术、也不需要过长的反应时间，仅仅是选择合适孔径的定性或定量滤纸，通过纳米颗粒、低表面能物质等的沉积即可实现滤纸表面的防水，以及油水混合物、油水乳液的分离。
(2)本发明中经过修饰的二氧化钛以及含有该二氧化钛的混合纳米颗粒具有紫外光响应特性，可实现有机污染物的去除；根据光照时间长短，还可调控其表面润湿性，制备成Janus滤纸，实现水或油滴的单向传输。
(3)本发明材料易得，造价低，稳定性好，可反复使用，易于处置，并适于大规模制备与应用。本发明结合了天然高分子材料与无机纳米材料的优点，分别制备了超疏水滤纸以及超疏水且超疏油滤纸，实现油水分离。通过调节滤纸的孔径尺寸，实现了乳液的分离及液滴的在气液及液液体系中的单向传输。本发明方法工艺简单、成本低、节能环保；使用后的滤纸易于处置，可回收利用或焚烧，环境友好，适于规模化生产与应用，具有广泛的社会效益和经济价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中水包油乳液经超疏水滤纸分离前后的可视图及光学显微镜图像；
图2为实施例1中超疏水滤纸的扫描电镜图；
图3为实施例2中油包水乳液经疏水滤纸分离前后的可视图及光学显微镜图像；
图4为实施例2中超疏水滤纸的扫描电镜(SEM)及元素的面分布(EDS)分析图；
图5为实施例3中的油水分离装置及油水分离效率图；
图6为具有不同表面张力的液滴在实施例4中超疏水滤纸表面上的润湿性可视图；
图7为打孔孔径为100μm的超疏水滤纸紫外照射1h后液滴不穿透的可视图；
图8为打孔孔径为100μm的超疏水滤纸紫外照射1.5h后在空气中的单向传输可视图；
图9为打孔孔径为300μm的超疏水滤纸紫外照射1h后水的单向传输过程的可视图；
图10为采用本发明超疏水油水分离过程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量比或体积比计，称取0.15％(w/v)纳米二氧化钛(粒径为10～30nm)、0.15％(w/v)纳米二氧化钛(粒径为90～130nm)、1％(w/v)原硅酸四乙酯、1％(w/v)1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷，混合后加入无水乙醇定容，超声分散30min，得超疏水悬浊液。
(2)将慢速定性滤纸(孔径为10～15μm)浸没于上述超疏水悬浊液中，超声处理10s，取出后室温下自然晾干，得超疏水滤纸。
该超疏水滤纸与水的接触角为155°，可实现水包油乳液(99％水，1％四氯化碳，0.4mg/L吐温80)的有效分离，其中水包油乳液为经高速搅拌混合后形成的乳白色液体(图1a)，光学显微镜图像如图1c所示，通过优化的超疏水滤纸过滤后可得到澄清的液体(图1b)，光学显微镜图像如图1d所示。上述超疏水滤纸的扫描电镜图2表明在滤纸的纤维骨架上负载上了很多纳米颗粒，原有的孔径减少。
实施例2：
一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量比或体积比计，称取1％(w/v)纳米二氧化钛(粒径为10～30nm)、1％(w/v)纳米二氧化钛(粒径为90～130nm)、1％(w/v)原硅酸四乙酯、1％(w/v)1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷，混合后加入无水乙醇定容，超声分散30min，得超疏水悬浊液。
(2)将慢速定性滤纸(孔径10～15μm)浸没于上述超疏水悬浊液中，超声处理10s，取出后室温下自然晾干，得超疏水滤纸。
该超疏水滤纸与水的接触角为158°，可实现油包水乳液(1％水，99％四氯化碳，0.4mg/L司班80)的有效分离，其中油包水乳液为经高速搅拌混合后形成的乳黄色液体(图3a)，光学显微镜图像如图3c所示，通过优化的超疏水滤纸过滤后可得到澄清的液体(图3b)，光学显微镜图像如图3d所示。通过光学显微镜观察，在分离前都能明显看到液滴分布，分离后变得无杂质，表明超疏水滤纸能将乳液分离开。
由图4可知，在超疏水滤纸的纤维骨架上负载上了很多纳米颗粒，原有滤纸的孔径明显减少。在滤纸的表面分布的C、O、F、Si、Cl、Ti的含量分别为52.9％，32.5％，7.0％，0.75％，0.16％，6.7％。
实施例3：
一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量比或体积比计，称取1％(w/v)十八烷基三氯硅烷(OTS)、1％(w/v)原硅酸四乙酯、3％(w/v)纳米二氧化钛(粒径为10～30nm)，混合后加入无水乙醇定容，超声分散30min，得超疏水悬浊液。
(2)将慢速定性滤纸(孔径10～15μm)浸没于上述超疏水悬浊液中，超声处理10s，取出后室温下自然晾干，得超疏水滤纸。
该超疏水滤纸与水的接触角为162°，有很好的超疏水性能，但表面张力较低的油相则会直接润湿表面，将超疏水滤纸放在漏斗中，然后将5mL的苏丹红染色的油相(正己烷、氯仿、甲苯和大豆油)与5mL水混合后倒入漏斗中，染色的油相透过改性滤纸滴入量筒中，通过计算回收油相和添加油相的比值计算超疏水滤纸的油水分离效率，结果如图5所示，滤纸对3种有机试剂及大豆油都有很好的分离效率，分离效率都在90％以上，且经过10次循环利用后，分离效率并未明显下降，说明通过浸渍法制备的超疏水滤纸具有很好的实用价值。
实施例4：
一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量比或体积比计，称取1％(w/v)原硅酸四乙酯、3％(w/v)纳米二氧化硅(粒径为20～40nm)、3％(w/v)纳米二氧化钛(粒径为10～30nm)、1％(w/v)1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷，混合后用无水乙醇定容，超声分散30min，得超疏水悬浊液。
(2)将慢速定性滤纸(孔径10～15μm)浸没于上述超疏水悬浊液中，超声处理10s，取出后室温下自然晾干，得超疏水滤纸。
该超疏水滤纸与水的接触角为162°，有很好的超疏水性能，同时对表面张力较低的油也具有较大的接触角，表明有很强的疏油性。图6展示了水，甘油，丁二醇，大豆油和1-十八烯在改性的滤纸表面的状态，在滤纸上4种液滴的接触角分别为168°，158°，154°，145°和121°。
实施例5：
一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量比或体积比计，将0.15％(w/v)纳米二氧化钛(粒径为10～30nm)、0.15％(w/v)纳米二氧化钛(粒径为90～130nm)、1％(w/v)原硅酸四乙酯、1％(w/v)1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷，混合后加入乙醇定容，超声分散30min，得超疏水悬浊液。
(2)设置一定参数，通过纳米激光雕刻机(20W，1024nm)，对慢速定性滤纸(孔径10～15μm)进行打孔(打孔孔径大小为100μm-500μm)，具体为在边长是2cm正方形区域内打上100个孔，正方形排列，每行每列都是10个；然后将打孔滤纸浸没于上述超疏水悬浊液中，超声处理10s，取出后室温下自然晾干，得超疏水滤纸。
上述超疏水滤纸双面都超疏水，对超疏水滤纸的一面进行紫外光照射不同时间，被照射的一面由超疏水变为超亲水，被紫外光照射一面后的滤纸就具有了Janus膜的液滴单向传输性。
超疏水滤纸(打孔孔径为100μm)紫外照射1h后，不能在空气中单向传输，如图7所示，在滤纸超疏水的一面滴上一滴染色的水，10s之后，水滴依然在滤纸上，而未穿透到亲水的一面。
超疏水滤纸(打孔孔径为100μm)紫外光照射1.5h后，水滴能在空气中单向传输，如图8所示，在滤纸疏水面滴一滴染色的水，15s之后，水滴消失，将滤纸翻过来发现水滴全部穿透到另一面。而在滤纸亲水面滴一滴染色的水，水滴直接铺展到滤纸表面，滤纸翻过来之后发现滤纸另一面依然是没有蓝染色的水，说明水滴未穿透到另一面。从而证明了滤纸的单向传输性。图9为超疏水滤纸(打孔孔径为300μm)紫外照射1h后水的单向传输过程可视图。(a)当紫外光照射的亲水面朝上时，疏水面朝下，水滴在滤纸上面铺展开，而没有透过；(b)当疏水面朝上，紫外光照射的亲水面朝下时，水滴能慢慢穿透。
由上可知，激光打孔不同孔径大小的滤纸，滴涂上述超疏水悬浊液后还可实现液液界面间的单向传输。
本发明中，滤纸浸渍、滴涂、旋涂或喷涂实施例1～5中任意配方的超疏水悬浊液后均有超疏水性，部分配方的超疏水悬浊液处理后的滤纸还具有高疏油性。
本发明涂覆实施例1～5中任意配方的超疏水悬浊液的未打孔的慢速定性滤纸以及打孔孔径为300μm的慢速定性滤纸等都实现了油水分离，未打孔的滤纸油水分离速度较慢，打孔滤纸油水分离速度较快。如图10所示，将蓝色的水和无色的四氯化碳一起倒入油水分离装置中(采用实施例1中制备的未打孔超疏水滤纸)，随着时间的流逝，四氯化碳全部穿透滤纸到锥形瓶中，而水被滤纸阻挡，留在滤纸上方，实现了油水分离。
Claims (10)
1.一种紫外光智能响应的超疏水滤纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将超疏水悬浊液悬涂、浸涂或喷涂于滤纸上；再将得到的滤纸进行干燥；
所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯0.5～5％w/v、纳米二氧化钛0.2～6％w/v、低表面能物质0.5～5％w/v、纳米二氧化硅0～6％w/v，余量为无水乙醇。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述滤纸为经过纳秒激光打孔的滤纸和/或未经过纳秒激光打孔的滤纸；所述经过纳秒激光打孔的滤纸、未经过纳秒激光打孔的滤纸均为快速定性滤纸、中速定性滤纸、慢速定性滤纸、快速定量滤纸、中速定量滤纸、慢速定量滤纸中的一种或多种；所述经过纳秒激光打孔为采用激光雕刻机打孔，打孔孔径大小为100～500μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛由以下组分组成：粒径为10～30nm的纳米二氧化钛30～100％wt、粒径为90～130nm的纳米二氧化钛0～70％wt；
所述低表面能物质为氟氯硅烷、含氟的烷基硅烷、长链烷基的氯硅烷及长链烷基的乙氧基硅烷中的一种或多种；其中，所述氟氯硅烷包括1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷；所述长链烷基的氯硅烷包括十八烷基三氯硅烷；
所述纳米二氧化硅粒径为20～40nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超疏水悬浊液由以下方法制备得到：按配比称取原硅酸四乙酯、纳米二氧化钛、低表面能物质，纳米二氧化硅，混合后加入无水乙醇，超声分散10～30min，即得所述超疏水悬浊液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：将滤纸浸没于超疏水悬浊液中，超声处理10～60s；取出滤纸后进行干燥；所述干燥为自然干燥或加热烘干。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯1％w/v、纳米二氧化钛3％w/v、低表面能物1％w/v，余量为无水乙醇。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述超疏水悬浊液由以下原料制成：原硅酸四乙酯1％w/v、纳米二氧化钛3％w/v、纳米二氧化硅3％w/v、低表面能物质1％w/v，余量为无水乙醇。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的制备方法制备得到的紫外光智能响应的超疏水滤纸。
9.一种如权利要求8所述的紫外光智能响应的超疏水滤纸的应用，其特征在于，将所述超疏水滤纸用于油水混合物分离、油水乳液分离。
10.一种如权利要求8所述的紫外光智能响应的超疏水滤纸的应用，其特征在于，将所述超疏水滤纸用于制备Janus膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210852538.XA CN115369691A (zh) | 2022-07-19 | 2022-07-19 | 一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210852538.XA CN115369691A (zh) | 2022-07-19 | 2022-07-19 | 一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115369691A true CN115369691A (zh) | 2022-11-22 |
Family
ID=84062765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210852538.XA Pending CN115369691A (zh) | 2022-07-19 | 2022-07-19 | 一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115369691A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030166765A1 (en) * | 2000-11-17 | 2003-09-04 | Shinichi Sugihara | Coating responding to a visible light, coating film and article |
| CN102797197A (zh) * | 2012-08-02 | 2012-11-28 | 东北林业大学 | 一种油水分离滤纸的制备方法 |
| CN107059469A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-18 | 山东交通学院 | 一种超疏水/超疏油纸及其制备方法 |
| CN114134706A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-04 | 齐鲁工业大学 | 一种无氟紫外线响应超疏水涂层、制备方法及应用 |
-
2022
- 2022-07-19 CN CN202210852538.XA patent/CN115369691A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030166765A1 (en) * | 2000-11-17 | 2003-09-04 | Shinichi Sugihara | Coating responding to a visible light, coating film and article |
| CN102797197A (zh) * | 2012-08-02 | 2012-11-28 | 东北林业大学 | 一种油水分离滤纸的制备方法 |
| CN107059469A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-18 | 山东交通学院 | 一种超疏水/超疏油纸及其制备方法 |
| CN114134706A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-04 | 齐鲁工业大学 | 一种无氟紫外线响应超疏水涂层、制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| KUN-FENG LIU等: "Laboratory filter paper from superhydrophobic to quasisuperamphiphobicity: facile fabrication, simplified patterning and smart application" * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bai et al. | Facile fabrication of superhydrophobic wood slice for effective water-in-oil emulsion separation | |
| Usman et al. | An overview of superhydrophobic ceramic membrane surface modification for oil-water separation | |
| Bhushan | Bioinspired oil–water separation approaches for oil spill clean-up and water purification | |
| Zhang et al. | Pine-branch-like TiO 2 nanofibrous membrane for high efficiency strong corrosive emulsion separation | |
| Rasouli et al. | Design, fabrication, and characterization of a facile superhydrophobic and superoleophilic mesh-based membrane for selective oil-water separation | |
| CN102225273A (zh) | 一种超疏水超亲油纸基分离材料的制备方法及应用 | |
| CN104998552B (zh) | 一种油水分离网膜及其制备方法与应用 | |
| CN107243260A (zh) | 一种新型超疏水聚偏氟乙烯油水分离膜及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Membrane wettability manipulation via mixed-dimensional heterostructured surface towards highly efficient oil-in-water emulsion separation | |
| CN102764536B (zh) | 一种含油污水净化网膜及其制备方法与应用 | |
| Tang et al. | A facile procedure to modify filter paper for oil–water separation | |
| O'Loughlin et al. | Orthogonal wettability of hierarchically textured metal meshes as a means of separating water/oil emulsions | |
| CN113457474B (zh) | 一种纳米纤维膜材料、制备方法及其应用 | |
| Liu et al. | Laboratory filter paper from superhydrophobic to quasi-superamphiphobicity: Facile fabrication, simplified patterning and smart application | |
| Ying et al. | Sol–Gel SiO 2 on electrospun polyacrylonitrile nanofiber for efficient oil-in-water emulsion separation | |
| Liu et al. | Fabrication of 3D silica with outstanding organic molecule separation and self-cleaning performance | |
| Wang et al. | Superhydrophobic fibers with strong adhesion to water for oil/water separation | |
| CN108411707A (zh) | 一种超亲油及超疏水性油水分离滤纸及其制备方法 | |
| Baig et al. | Customization of surface wettability of nano-SiO2 by coating Trimethoxy (vinyl) silane modifier for oil-water separation: Fabrication of metal-based functional superwetting nanomaterial, characterizations and performance evaluation | |
| CN115369691A (zh) | 一种紫外光智能响应的超疏水滤纸及其制备方法和应用 | |
| Jin et al. | Efficient demulsification of ultralow-concentration crude oil-in-water emulsion by three-dimensional superhydrophilic channels | |
| Wang et al. | Tune wastepaper to hydrophobic membranes through metal-ion-induced lignocellulose nanofibril crosslinking for oil-water separation | |
| Zhang et al. | Coalescence separation of oil water emulsion on amphiphobic fluorocarbon polymer and silica nanoparticles coated fiber-bed coalescer | |
| Khan et al. | Electrospun fibers: promising materials for oil water separation | |
| CN108675386A (zh) | 一种二氧化钛-ap不锈钢网的制备及其在水体修复中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221122 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |