超亲水_水下超疏油聚丙烯膜的制备及性能研究.pdf

摘 要 水是包括人类在内所有生物的生命之源，然而随着工业水平的不断发展，原油泄漏 和含油废水的排放等水污染然问题日益严重，开发环境友好的油水分离材料对于解决水 污染问题具有重要意义。近年来，膜分离材料为人们解决这一问题提供了新的思路，在 自然界的启发下，人们通过化学接枝等方法开发出一系列具有超浸润性的膜分离材料。 然而这些策略因为存在过程繁琐，操作麻烦等问题而不太适用于表面化学惰性的聚丙烯 材料。为了解决这些问题，本文拟采取原子层沉积技术，在聚丙烯材料表面通过制备无 机纳米涂层实现对聚丙烯材料表面超浸润性的简易调控。研究内容涵盖以下三点： （1）选用成本低廉的熔喷聚丙烯无纺布为基底材料，以四异丙醇钛为钛的前驱体， 通过原子层沉积技术，在聚丙烯熔喷纤维表面制备纳米涂层，并探究其微观形貌和组成 成分。接着对其浸润性进行表征以及分析潜在的机理。结果表明：基于原子层沉积技术， 聚丙烯纤维的表面成功制备了厚度均匀的TiO2 涂层，经过TiO2 改性的聚丙烯纤维具有 超亲水/水下超疏油性能，形成这个现象的机理主要是纳米TiO 涂层的表面吸附的水分 2 子能够阻隔油滴与纤维的接触，同时基于原子层沉积构筑的微纳结构能够有效地降低油 滴与纤维的接触面积，在二者协同作用下，经过TiO2 改性的聚丙烯纤维表面实现水下 超疏油的性能。 （2 ）分析TiO2 改性的聚丙烯无纺布的拒油性，利用表界面张力仪探究了无纺布在 水下与油之间的粘附力，并且考察TiO2 改性之后的无纺布的抗油污性能，最后还评价 TiO2 改性的聚丙烯无纺布的耐化学品性能，结果表明：沉积了TiO2 纳米涂层的聚丙烯 无纺布与油滴之间的粘附力极低，具有优异的拒油性，能够避免被不同形式的油污污染， 同时具有优异的耐化学品性。 （3 ）采用力学性能较好的聚丙烯滤膜作为基底材料，利用原子层沉积技术在聚丙 烯滤膜上构筑水下超疏油涂层，探究其结构与成分，考察经过改性后膜表面的浸润性， 对改性之后的膜进行油水混合物的分离实验，考察其分离效率以及耐摩擦性能，以此评 价通过原子层沉积构筑的TiO2 水下超疏油结构的稳定性。结果表明：惰性的聚丙烯滤 膜表面能够通过原子层沉积技术构筑厚度分布均匀的纳米TiO2 涂层，该涂层能够提高 聚丙烯滤膜表面的粗糙度，同时实现了膜表面浸润性由疏水/水下亲油到超亲水/水下超 疏油的转变。经过改性的膜在水下具有优异的抗油污性，并且可高效分离油水混合物， 重复使用10 次，油水分离分离效率依然可以达到96.63%，另外该膜具有良好的耐磨性， 即使循环摩擦20 次，滤膜的过滤效率依然高于98% 。 通过以上三个方面的研究内容，发现即使在未经改性的惰性聚丙烯材料表面，依然 可以利用原子层沉积技术构筑厚度均匀的TiO 涂层，实现由疏水/水下亲油到超亲水/水 2 下超疏油的转变，同时经过改性的聚丙烯材料具有良好的抗油污性能和耐化学品性以及 稳定的油水分离性质。此研究能够为聚丙烯材料应用于油水污染等领域奠定基础。 关键词：原子层沉积；聚丙烯；二氧化钛；超疏油 研究类型：应用研究 Abstract Water is one of the most vital requirements of living organisms on earth. However, with the continuous development of industrial level, the consumption from people of water resources is increasing, and the water pollution is becoming increasingly serious with the leakage of crude oil and the effluent of oily wastewater. For the water pollution, it is of great significance to develop environment-