基于三維基底和多巴胺原位聚合反應(yīng)制備超疏水材料及其溶劑吸附性能研究.pdf

1、新型三維多孔基超疏水材料的制備及其作為吸附材料在油水分離領(lǐng)域中的應(yīng)用研究具有重要意義。三維多孔材料大的表面積和表面粗糙度使得其在吸附過程中具有較好的吸附動力學(xué)，可較快的達到吸附平衡，而它的大孔結(jié)構(gòu)和微孔隙可作為儲油空間，因而可作為油吸附劑的一種潛在材料。因此建立方法簡單的三維多孔基超疏水材料并考察其在油水分離中的應(yīng)用，具有重要的意義。三維多孔基超疏水材料構(gòu)筑，需在其骨架表面修飾適當(dāng)?shù)奈⒓{米結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)。多巴胺可以在弱堿性條件下在材

2、料表面聚合和沉積得到聚多巴胺改性層。對適當(dāng)?shù)牟牧线M行聚多巴胺修飾后，再進一步共價固定化含有巰基(或氨基)、可降低材料低表面能的小分子(希夫堿反應(yīng)或麥克爾加成反應(yīng))，可以構(gòu)筑疏水或超疏水材料。通過聚多巴胺修飾構(gòu)筑基于三維多孔材料的超疏水材料有望拓展超疏水材料構(gòu)筑新方法。論文基于多巴胺改性方法建立了三種超疏水材料的制備方法并考察其在油性溶劑吸附中的應(yīng)用。具體如下：
　　(1)以三聚氰胺海綿(ME)為基底，通過一步制備法在醇水(Tris

3、-HCl/乙醇)體系中復(fù)合修飾十二硫醇的聚多巴胺納米粒子，制備得到具有優(yōu)異溶劑吸附性能和阻燃特性的超疏水三聚氰胺/聚多巴胺/十二硫醇(ME/pDA/DM)海綿。在此過程中，多巴胺原位聚合生成納米粒子，與此同時聚多巴胺作為連接劑，與十二硫醇通過Michael加成結(jié)合，實現(xiàn)了三維多孔界面上的微納米結(jié)構(gòu)改性和低表面能分子的結(jié)合。ME/pDA/DM制備的最佳條件為：tris緩沖溶液和乙醇的比例為3:1，反應(yīng)溫度35℃，反應(yīng)時間為12h，多巴胺和

4、十二硫醇的最優(yōu)濃度分別為8mg/mL和8.35mmol/L。在最優(yōu)條件下，制備的ME/pDA/DM具有較好的超疏水和超親油特性，對十一種有機溶劑的吸附容量范圍為5122％-10789% g/g。除靜態(tài)吸附外，所制備的超疏水海綿還可以通過安裝在抽濾裝置中實現(xiàn)連續(xù)地原位油水分離。此外，制備的ME/pDA/DM超疏水海綿具有優(yōu)于基底ME海綿的阻燃性，可極大降低火災(zāi)風(fēng)險出現(xiàn)的可能性。然而，當(dāng)超疏水材料ME/pDA/DM海綿長時間置于強堿溶液中時

5、，材料的 pDA/DM微納米粒子附著性能逐漸衰退。因而，要想制備性能優(yōu)異的超疏水材料，材料的長期抗強堿穩(wěn)定性需要被近一步提升。
　　(2)為考察所建立一步法制備超疏水海綿方法的通用性，將其應(yīng)用于鎳膜支載三維石墨烯/聚多巴胺/十二硫醇的超疏水材料的制備。以鎳支載三維石墨烯為基底，通過一步法在醇水體系中復(fù)合修飾十二硫醇的聚多巴胺納米粒子制備得到超疏水鎳支載三維石墨烯/聚多巴胺/十二硫醇(Ni-3DG/pDA/DM)。在一步法合成過程中

6、，聚多巴胺粒子由多巴胺鹽酸鹽在堿性緩沖液/乙醇混合體系、多巴胺/巰基長鏈烷烴混合溶液中原位聚合形成，巰基長鏈烷烴在聚多巴胺納米粒子形成過程中，通過Michael加成共價固定到聚多巴胺納米粒子上。Ni-3DG/pDA/DM制備的最佳條件為：十二硫醇濃度為8.35 mmo l/L。這種超疏水材料制備方法簡單、經(jīng)濟、效率高，環(huán)境友好等優(yōu)勢。三維石墨烯材料基底材料具有高的比表面積和孔隙率，因此制得的超疏水材料有望具有較好的油吸附容量(4576%

7、-10708%g/g)，通過熱處理再生后可實現(xiàn)重復(fù)利用性能。作為支載的泡沫鎳增強了材料的機械性能和循環(huán)利用性，同時所得超疏水材料可通過簡單的磁性分離進行收集。
　　(3)為提高超疏水海綿在強堿條件下的穩(wěn)定性，嘗試改變聚多巴胺嫁接的低表面能物質(zhì)，制備得到具有抗強堿性的超疏水三聚氰胺/聚多巴胺/十八胺超疏水海綿。利用超親水的三聚氰胺海綿為基底，以聚多巴胺作為連接劑，通過Schiff base反應(yīng)將十八胺修飾到聚多巴胺納米粒子表面，一步

8、沉積修飾十八胺的聚多巴胺納米粒子，制備得到具有抗強堿性的超疏水三聚氰胺/聚多巴胺/十八胺(ME/pDA/ODA)海綿。ME/pDA/O DA制備的最佳條件為：反應(yīng)溫度為50℃，十八胺濃度為10 mmo l/L。制備得到的超疏水海綿不僅具有良好的機械靈活性和抗酸抗堿抗鹽性，可在強堿條件下穩(wěn)定存在，而且它具有的超疏水和超親油特性，可用于實現(xiàn)有機溶劑的有效吸附，對十一種有機溶劑的吸附容量范圍為2463%-6411%g/g。此外，制備的ME/p