一種微波法製備超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料的方法及其用途與流程
2023-05-12 10:16:26 1
本發明涉及一種微波法製備超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料的方法及其用途，屬環境功能材料製備技術領域。
背景技術：
水資源是一種寶貴的稀缺資源，純淨水可持續供應已成為21世紀困擾人類的第二大挑戰。環境問題已成為人類面臨的巨大挑戰，而這些問題都在嚴重威脅著生態環境和人類健康。而對汙水的處理和回收利用無疑是解決環境問題和水資源缺乏問題的雙贏之舉。隨著我國經濟的快速發展，化石燃料的消耗量也隨之增加，中國海油下屬的煉化企業年加工原油超過3000萬噸，產生的煉化汙水量大，且其中含有大量的難降解有機物，成分複雜、生物毒性強、可生化性差，因此汙水處理難度很大，成為廢水處理的一大挑戰。含油汙水會對環境造成了巨大的危害，如阻礙水體復氧作用，減少溶解氧，限制藻類光合作用，影響水生生物的生長，使其有油味或毒性；油類黏附浮遊生物上，致使其死亡；油類在土壤中向下遷移，易造成地下水嚴重汙染。油汙染威脅自然界許多物種和食物鏈，從低級的藻類到高級的哺乳動物甚至包括人類。因此，有效解決油汙染問題是人類面臨的一項挑戰。
目前，常用於含油廢水處理的方法主要有重力法、離心法、氣浮法、吸附法，化學法、生物法及膜分離法。其中，膜分離具有能耗低、單級分離效率高、過程靈活簡單、環境汙染低、通用性強等優點，因而廣泛的應用於汙水處理。如Choong等人採用電紡絲法製備了聚(甲基環己二醯胺)微濾膜用於油水乳液的分離，對乳化的十二烷截留率為(85±5)％；Zhu等人結合浸漬誘導相轉化技術、乾濕法紡絲工藝和浸塗法製備了莫來石/二氧化鈦陶瓷微濾膜並用於油水乳液分離總有機碳移除率為97％等。儘管這些傳統的膜材料具有一定的分離效果，但分離效率低、製備過程複雜、易汙染等缺點需要進一步解決。因此，如何構建分離效率高、抗汙性強和製備簡單的新型膜材料是含油汙水處理的關鍵。實際應用中，膜分離效率受膜的抗汙性、熱穩定性、化學穩定性等內在因素及膜組件形式、操作條件等外在因素的限制。然而基於特殊潤溼性的膜材料的應用也存在很多問題，例如膜的耐溶脹性差、耐化學品性能差、通量衰減較快、處理含油汙水的類型有限、分離效率不高等，這些問題都亟待解決。
大自然是最偉大的科學家和工程師，因為天然的材料經過長期的進化不僅表現出完美的微納米結構而且具有迷人的性能。基於這個觀點，學習自然無疑是通往合理的設計和製造多功能人工材料的捷徑。在過去幾十年裡，仿生合成在基礎科學和實際應用中都獲得很大的成功。自1997年Barthlott和Neihuis發現「荷葉效應」以來，科學家先後揭示了微納米結構和表面化學組成共同控制固體表面性質。隨後，超級浸潤性材料的研究引發了科學家的廣泛興趣。超疏水材料在油水分離得到廣泛應用。
本發明採用微波法製備織物、鎳鈷雙氫氧化物複合材料，然後通過簡單的修飾製備具有超疏水超親油特性複合材料，該材料具有較高的穩定性，可用於油水分離。
技術實現要素：
本發明涉及一種微波法製備超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料的方法。首先取適量棉織物用乙醇、去離子水分別洗滌乾淨於烘箱中烘乾備用。將2.5mmol氯化鎳(NiCl2·6H2O)、5mmol氯化鈷(CoCl2·6H2O)、2mmol十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和9mmol尿素(CO(NH2)2)溶於50mL去離子水，然後將一片織物浸入該溶液中，放入微波超聲波紫外光組合催化合成儀微波處理(80～120℃，微波500W)處理10～30min。反應完成後，將織物@鎳鈷雙氫氧化物複合物取出，用乙醇洗滌幾次，60℃烘乾。最後，將織物@鎳鈷雙氫氧化物放入0.05-1.0mol/L的硬脂酸乙醇溶液於室溫下在振蕩器中振蕩6h(80～120轉/min)。製備的複合材料具有超疏水超親油性，可用於油水混合物的分離。
本發明採用的技術方案是：
一種微波法製備超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料的方法，按照下述步驟進行：
步驟1、織物預處理：取棉織物用乙醇、去離子水洗滌乾淨於烘箱中烘乾備用；
步驟2、製備織物@鎳鈷雙氫氧化物：將六水合氯化鎳(NiCl2·6H2O)、六水合氯化鈷(CoCl2·6H2O)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和尿素(CO(NH2)2)溶於去離子水中，得到混合液A，然後將該混合液A轉移至三口燒瓶中，再放入一片織物，進行微波處理；反應完成後，將產物取出，用乙醇洗滌，烘乾，得到織物@鎳鈷雙氫氧化物；
步驟3、製備超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料：將織物@鎳鈷雙氫氧化物浸沒於硬脂酸的乙醇溶液中，於室溫下在振蕩器中振蕩，得到超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料。
步驟1中，所使用的棉織物為有孔織物。
步驟2中，製備混合液A時，所述氯化鎳(NiCl2·6H2O)、氯化鈷(CoCl2·6H2O)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和尿素(CO(NH2)2)與去離子水的用量比為2.5mmol：5mmol：2mmol：9mmol：50mL。
步驟2中，所述的微波反應條件：溫度為80～120℃，微波功率為500W，反應時間為10～30min；所述的烘乾溫度為60℃。
步驟3中，所使用的硬脂酸的乙醇溶液中，硬脂酸的濃度為0.05～0.1mol/L；在振蕩器中的振蕩方法為：以80～120轉/min振蕩6h。
所述超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料，具有超疏水超親油性，且穩定性強，製備簡單，具有一些潛在的應用，如分離含油汙水中的油漬，使油水分離。
本發明的有益效果在於：
(1)本發明所用織物材料價格低廉、來源廣泛，綠色環保；
(2)製得的超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料機械性能好、結構穩定、同時具有超疏水超親油性，可用於含油汙水的分離。
(3)本發明的製備方法簡單易行、流程較短、操作易控，適於推廣使用。
附圖說明
圖1中(a)和(b)均為實施例1製備的織物的不同放大倍數的掃描電鏡圖；
圖2中(a)和(b)均為實施例1製備的超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料的不同放大倍數的掃描電鏡圖；
圖3中(a)和(b)均為實施例1製備的超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料的水接觸角。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步描述：
實施例1：
(1)織物預處理：取適量棉織物用乙醇、去離子水分別洗滌乾淨於烘箱中烘乾備用；
(2)織物@鎳鈷雙氫氧化物的製備：將2.5mmol氯化鎳(NiCl2·6H2O)、5mmol氯化鈷(CoCl2·6H2O)、2mmol十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和9mmol尿素(CO(NH2)2)溶於50mL去離子水。然後將該溶液轉移至100mL三口燒瓶，將一片織物放入燒瓶，放入微波超聲波紫外光組合催化合成儀微波處理(80℃，微波500W)處理30min。反應完成後，將產物取出，用乙醇洗滌，60℃烘乾，得到織物@鎳鈷雙氫氧化物；所使用的棉織物的尺寸可以根據燒瓶的容積來確定，本發明為4cm*4cm。
(3)製備超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料：將織物@鎳鈷雙氫氧化物浸沒於0.05mol/L的硬脂酸乙醇溶液於室溫下在振蕩器中振蕩6h(80～120轉/min)。
圖1中(a)和(b)均為實施例1製備的織物的掃描電鏡圖；從圖(a)可以看出織物由許多微米級纖維組成，有的纖維相互交織在一起。從(b)中可以看到微米級纖維表面較為光滑，沒有粗糙結構。
圖2為實施例1製備的超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料掃描電鏡圖；從圖2可知織物表面長負載有大量的鎳鈷雙氫氧化物納米粒子，尺寸不均一，與纖維構成粗糙微納米結構。
圖3為實施例1製備的超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料的水接觸角；從圖3a中看到水滴可以較好地保持在材料表面，幾乎呈球形；從圖3b中可以看到水接觸角為153±0.3°(＞150°)，表現出超疏水性質。
實施例2：
(1)織物預處理：取適量棉織物用乙醇、去離子水分別洗滌乾淨於烘箱中烘乾備用；
(2)織物@鎳鈷雙氫氧化物的製備：將2.5mmol氯化鎳(NiCl2·6H2O)、5mmol氯化鈷(CoCl2·6H2O)、2mmol十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和9mmol尿素(CO(NH2)2)溶於50mL去離子水。然後將該溶液轉移至100mL三口燒瓶，將一片織物放入燒瓶，放入微波超聲波紫外光組合催化合成儀微波處理(100℃，微波500W)處理20min。反應完成後，將產物取出，用乙醇洗滌，60℃烘乾，得到織物@鎳鈷雙氫氧化物；所使用的棉織物的尺寸可以根據燒瓶的容積來確定，本發明為4cm*4cm。
(3)製備超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料：將織物@鎳鈷雙氫氧化物浸沒於0.08mol/L的硬脂酸乙醇溶液於室溫下在振蕩器中振蕩6h(80～120轉/min)。
實施例3：
(1)織物預處理：取適量棉織物用乙醇、去離子水分別洗滌乾淨於烘箱中烘乾備用；
(2)織物@鎳鈷雙氫氧化物的製備：將2.5mmol氯化鎳(NiCl2·6H2O)、5mmol氯化鈷(CoCl2·6H2O)、2mmol十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和9mmol尿素(CO(NH2)2)溶於50mL去離子水。然後將該溶液轉移至100mL三口燒瓶，將一片織物放入燒瓶，放入微波超聲波紫外光組合催化合成儀微波處理(120℃，微波500W)處理10min。反應完成後，將產物取出，用乙醇洗滌，60℃烘乾，得到織物@鎳鈷雙氫氧化物；所使用的棉織物的尺寸可以根據燒瓶的容積來確定，本發明為4cm*4cm。
(3)製備超疏水織物@鎳鈷雙氫氧化物複合材料：將織物@鎳鈷雙氫氧化物浸沒於0.1mol/L的硬脂酸乙醇溶液於室溫下在振蕩器中振蕩6h(80～120轉/min)。