一種基于花狀含鐵二氧化錳的可同時用于乳液分離和染料吸附的超疏水粉末的制備方法與流程

本發明屬于超疏水粉末制備技術領域，特別涉及可制備可適用于乳液分離及染料吸附的簡單低成本無氟超疏水粉末的方法。

背景技術：

超疏水現象在自然界存在廣泛，如荷葉表面、蝴蝶翅膀、水黽腿等。超疏水材料表面對水的接觸角大于150°、滾動角小于10°的表面。超疏水材料具有很多獨特優異的表面性能：疏水、自清潔性、防腐、抗結冰、防霧等特性，使得其在眾多領域都具有巨大的應用前景。

仿生多層微納結構的超疏水顆粒，具有良好的超疏水性，在水包油乳液中具有良好的親油性，從而吸附油滴達到乳液分離的目的。通過結合制備材料的其他性能，可以使得超疏水顆粒具備其他性能，將超疏水性能和材料的染料吸附能力結合在一起，使得該超疏水顆粒能夠同時用于乳液分離和染料吸附。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種簡單、方便的工業化生產仿生花狀超疏水含鐵二氧化錳顆粒的方法，解決了超疏水材料制備步驟繁雜，生產成本高，實用性差的問題。將混合溶液在油浴中加熱制備花狀含鐵二氧化錳顆粒，隨后將制備的干燥的顆粒投入修飾液中修飾，獲得的超疏水顆粒具備良好的乳液分離和染料吸附能力。

實現本發明目的的技術方案是：一種基于花狀含鐵二氧化錳的可同時用于乳液分離和染料吸附的超疏水粉末的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

a.花狀含鐵二氧化錳的制備：取一定量的二價錳鹽和過硫酸銨溶于一定體積的去離子水中，在磁力攪拌下形成透明溶液，接著向上述溶液中加入一定體積的亞硫酸鐵溶液，把裝有三種物質的混合溶液的密閉容器轉移至油浴下80℃下反應6h；待反應結束冷卻至室溫，通過抽濾，不斷用乙醇和去離子水清洗，之后在40℃真空環境下干燥得到棕黑色粉末，從而完成花狀含鐵二氧化錳的制備；

b.低表面能的修飾：將步驟a中制備的粉末加入到50ml一定濃度的無氟修飾劑和乙醇混合的溶液中，在室溫下磁力攪拌12h，通過過濾，真空干燥得到超疏水粉末；

c.超疏水粉末乳液分離和染料吸附能力的測試：將一定量步驟b制備的超疏水粉末分別加入一定量的水包油乳液和染料溶液中，通過超聲或攪拌，過濾之后檢測分離吸附效果。

進一步地，步驟a中，二價錳鹽為四水合氯化錳。

進一步地，步驟a中，氯化錳、過硫酸銨和亞硫酸鐵物質量之比為4.5：5：1。

進一步地，步驟a所得含鐵二氧化錳顆粒的形貌為三維花狀，粒徑為～1μm。

進一步地，步驟b中，無氟修飾劑為硬脂酸。

進一步地，步驟b中，一定濃度的無氟修飾劑濃度為0.1m。

本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明的優點在于：

1.工藝簡單，原料易得，無毒環保，成本低廉；

2.制備的含鐵二氧化錳顆粒的粒徑在1μm左右且擁有花狀多級結構，經硬脂酸修飾后，具有穩定的超疏水性；

3.制備的超疏水顆粒具有超疏水/超親油性，水的接觸角大于150°，滾動角均小于10°，油的接觸角約為0°

4.該超疏水粉末可同時用于乳液分離和染料吸附。

附圖說明

圖1：實施例1所得花狀超疏水含鐵二氧化錳顆粒的掃描電鏡圖，其中，圖(a)是該顆粒在30000倍電鏡下的形貌，圖(b)是該顆粒在50000倍電鏡下的形貌。

圖2：實施例1所得修飾后的二氧化錳粉末的疏水和親油性，其中圖(a)是空氣中水滴接觸角，圖(b)是空氣中油滴接觸角。

圖3：實施例1超疏水二氧化錳粉末對乳液分離的結果，其中圖(a)是無乳化劑的柴油/水包油乳液分離前后的顯微鏡圖片(左右)及光學圖片(中)，圖(b)是乳化劑穩定的異辛烷/水包油乳液分離前后的顯微鏡圖片(左右)及光學圖片(中)。

圖4：實施例1超疏水二氧化錳粉末對染料吸附結果，其中圖(a)是吸附過程圖，圖(b)是吸附前后吸光度變化圖。

圖5：實施例1超疏水二氧化錳粉末對染色乳液分離結果，其中圖(a)是甲基藍染色異辛烷水包油乳液分離前后光學照片，圖(b)是甲基藍染色異辛烷水包油乳液分離前后吸光度變化圖，圖(c)是分離前甲基藍染色異辛烷水包油乳液顯微鏡圖片，圖(d)是分離后甲基藍染色異辛烷水包油乳液顯微鏡圖片。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權利要求書限定范圍之內。

實施例1

(1)花狀含鐵二氧化錳的制備：將3.56g氯化錳和4.56g過硫酸銨溶于160ml去離子水中，在磁力攪拌下形成透明溶液一，之后，將1.11g亞硫酸鐵溶于40ml去離子水中，再將亞硫酸鐵溶液加入溶液一中，將混合溶液轉移至密閉容器中置于80℃下反應6h,反應后冷卻至室溫，通過抽濾，用乙醇和去離子水分別清洗三次，之后在40℃真空環境下干燥得到棕黑色粉末，從而完成花狀含鐵二氧化錳的制備。

(2)低表面能的修飾：將制備的粉末加入到50ml0.1m硬脂酸和乙醇混合的溶液中，在室溫下磁力攪拌12h，通過過濾，真空干燥得到超疏水粉末。

(3)乳液分離：取0.05g超疏水粉末分別加入10ml柴油和異辛烷的水包油乳液中，通過攪拌，待乳液變成清水狀，通過過濾得到乳液。

(4)染料吸附：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基藍溶液中，通過超聲處理1h,過濾得到分離產物。

(5)染色乳液的分離：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基藍染色異辛烷水包油乳液中，通過不斷攪拌，待溶液變澄清，過濾得到分離產物。

實施例2

(1)花狀含鐵二氧化錳的制備：將1.78g氯化錳和2.28g過硫酸銨溶于80ml去離子水中，在磁力攪拌下形成透明溶液一，之后，將0.56g亞硫酸鐵溶于40ml去離子水中，再將亞硫酸鐵溶液加入溶液一中，將混合溶液轉移至密閉容器中置于80℃下反應6h,反應后冷卻至室溫，通過抽濾，用乙醇和去離子水分別清洗三次，之后在40℃真空環境下干燥得到棕黑色粉末，從而完成花狀含鐵二氧化錳的制備。

(2)低表面能的修飾：將制備的粉末加入到50ml0.1m硬脂酸和乙醇混合的溶液中，在室溫下磁力攪拌12h，通過過濾，真空干燥得到超疏水粉末。

(3)乳液分離：取0.05g超疏水粉末分別加入10ml柴油和異辛烷的水包油乳液中，通過攪拌，待乳液變成清水狀，通過過濾得到乳液。

(4)染料吸附：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基藍溶液中，通過超聲處理1h,過濾得到分離產物。

(5)染色乳液的分離：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基藍染色異辛烷水包油乳液中，通過不斷攪拌，待溶液變澄清，過濾得到分離產物。

實施例3

(1)花狀含鐵二氧化錳的制備：將0.89g氯化錳和1.14g過硫酸銨溶于40ml去離子水中，在磁力攪拌下形成透明溶液一，之后，將0.28g亞硫酸鐵溶于40ml去離子水中，再將亞硫酸鐵溶液加入溶液一中，將混合溶液轉移至密閉容器中置于80℃下反應6h,反應后冷卻至室溫，通過抽濾，用乙醇和去離子水分別清洗三次，之后在40℃真空環境下干燥得到棕黑色粉末，從而完成花狀含鐵二氧化錳的制備。

(2)低表面能的修飾：將制備的粉末加入到50ml0.1m硬脂酸和乙醇混合的溶液中，在室溫下磁力攪拌12h，通過過濾，真空干燥得到超疏水粉末。

(3)乳液分離：取0.05g超疏水粉末分別加入10ml柴油和異辛烷的水包油乳液中，通過攪拌，待乳液變成清水狀，通過過濾得到乳液。

(4)染料吸附：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基藍溶液中，通過超聲處理1h,過濾得到分離產物。

(5)染色乳液的分離：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基藍染色異辛烷水包油乳液中，通過不斷攪拌，待溶液變澄清，過濾得到分離產物。

本發明的制備方法包括了花狀含鐵二氧化錳的制備，低表面能修飾，超疏水粉末對乳液和染料的處理等步驟。該超疏水粉末具備良好的超疏水/超親油性能，對水的接觸角均大于150°，滾動角小于10°，對油的接觸角約為0°，能夠用于水包油乳液的分及有毒水溶性染料的吸附。本發明制備工藝簡單，原料易得，無毒環保，成本低廉，穩定性強，適合大面積制備和應用，既適用于工作含油廢水及有毒染料污染水體的處理，同時也適用于的工業管道運輸、油水分離金屬網的制備等領域。

最后應當說明的是，以上內容僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護范圍的限制，本領域的普通技術人員對本發明的技術方案進行的簡單修改或者等同替換，均不脫離本發明技術方案的實質和范圍。