一种用于油水分离的超亲水泡沫铜的制备方法
【专利说明】一种用于油水分离的超亲水泡沬铜的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及泡沫铜技术领域，具体地说，涉及一种用于油水分离的超亲水泡沫铜的制备方法。
【背景技术】
[0003]泡沫金属是一种具有密度低，高比表面积以及导电率等特性的金属材料，被广泛应用于电子、传热以及过滤等领域，具有非常广泛的应用前景。在所有的泡沫金属中，泡沫铜因其低廉的价格，优异的热学、电学性能等而备受关注。
[0004]如何高效地制备出性能优异的泡沫铜是研究者们最为关注的课题之一。钟浩等在2013年提出用铜粉与无水氯化钙按比例混合成型后，通过高温烧结的方式制备泡沫铜(CN103526064A)，并称该方法可实现孔隙率和孔径可控，价格低廉；同年，王清周等人提出用冰糖、铜粉以及添加剂无水乙醇混合成坯后，高温烧结而得泡沫铜，通过调节配比和实验条件，同样可以实现形貌可控。近年来，各种制备泡沫铜的方法层出不穷，这为泡沫铜的应用提供了充分的基础条件。
[0005]由于具有良好的导热特性，泡沫铜在传热领域应用较为广泛，以泡沫铜为吸液芯来制备均温板的实例最为典型(CN104764350A)，该方法已经运用于实际应用中。同时，由于其具有超高比表面积，因此在电池电极(CN204732477U)、传感器(CN104076071A)以及净水设备(CN203683153U)等方面均有着十分出色的表现。
[0006]随着工业污水排放的加剧以及海洋漏油事故的频繁发生，油水分离备受瞩目。泡沫铜作为一种合适的过滤材料也随之被重点研究，但大多数研究都集中在通过高分子进行疏水修饰(CN102886155A)，从而实现油水分离，但这类材料有着易污染等缺点，不利于回收利用。利用简单电化学腐蚀或化学腐蚀的方法来制备超亲水泡沫铜，不仅能进一步提高其比表面积，也有利吸附更厚的水膜，实现更高效的油水分离。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于油水分离的超亲水泡沫铜的制备方法。本发明通过阳极氧化处理，化学刻蚀以及高温煅烧的技术手段，来制备稳定性好，性能优异的超亲水油水分离泡沫铜。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种用于油水分离的超亲水泡沫铜的制备方法，包括如下步骤:
(1)材料的前处理:将泡沫铜，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，除去表面有机以及无机类污染物，然后浸置于稀硫酸溶液中，去除表面氧化物，待用；
(2)阳极氧化处理:称取电解质，加水配置成重量百分数<20%的电解质溶液待用;然后以泡沫铜为阳极，铜箔为阴极，在外加直流电压作用下，进行阳极氧化处理，恒温水浴温度为 20-50 °C;
(3)盐酸刻蚀:将泡沫铜浸置于盐酸溶液中，在300-500r/min的转速下刻蚀10-100min，取出，用水冲洗干净，烘干；
(4)高温煅烧:将泡沫铜煅烧l_3h，趁热取出。
[0010]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(I)中泡沫铜平均孔径小于300μπι，厚度为1-5mm，纯度 >99.5%。
[0011 ]作为优选的，在上述处理方法中，步骤(I)中超声清洗的频率为10-100KHZ，稀硫酸的体积百分数为20%以下。
[0012]作为优选的，在上述制备方法中，所述电解质为氟盐(氟化铵、氟化钠等)或氯盐(氯化铵、氯化钠等)。
[0013]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(2)中电沉积过程中，阴极与阳极的距离为1-1Ocm0
[0014]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(2)中通过控制外加电压，使电流密度为1-1OOmA/cm2。
[0015]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(3)中盐酸的摩尔分数为0.5-2mol/L。
[0016]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(4)中所述煅烧是在空气气氛或含氧的气氛中煅烧，煅烧温度为200-500 0C。
[0017]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
本发明通过阳极氧化、化学刻蚀以及高温处理的方法，逐步将泡沫铜转化为由尺寸不一的纳米颗粒组成的超亲水泡沫铜，通过调节实验参数，可以使其机械强度与比表面积协调统一。同时，显著提高的比表面积，对催化，吸附以及传感等方面有着重要意义。本发明得到的泡沫铜，表面均匀分布着微米级孔洞，孔壁由形状不一的纳米颗粒组成。实验结果表明:该泡沫铜具有很好的超亲水及水下超疏油特性，在空气中水滴接触角为0°，水下油接触角为160°，同时具有超快的渗透率。油水分离后，水中油含量均在3ppm以下。本发明的制备方法，试剂及材料廉价且简单易得，操作方法也非常简单，材料油水分离性能优异，稳定性较好。
[0018]
【附图说明】
[0019]图1为反应前的泡沫铜的低倍及高倍SEM图，支架表面较为平整；
图2为反应后的泡沫铜的低倍及高倍SEM图，支架表面均匀分布着微米级孔洞，孔壁由纳米颗粒组成；
图3为制备的超亲水泡沫铜的宏观形貌以及空气中水接触角和水下油接触角图，水滴及油滴均为5μ1;
图4为试样的油水分离效果图及分离后水中油含量图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]实施例1:
(1)材料的前处理:将孔径约200μπι，厚度Imm的泡沫铜(纯度>99.5%)，依次用丙酮、乙醇、去离子水在80ΚΗΖ超声清洗lOmin，除去表面有机以及无机类污染物，然后浸置于体积百分数10%稀硫酸溶液中，去除表面氧化物，待用；
(2)阳极氧化处理:称取0.1g氟化铵加水配置成重量百分数0.1%的电解质溶液10g待用。然后以泡沫铜为阳极，铜箔为阴极，两极距离为1.5cm，在3V外加直流电压作用下，进行阳极氧化处理，恒温水浴温度为25 °C，反应2h，取出，风干。
[0022](3)盐酸刻蚀:将泡沫铜浸置于lmol/L盐酸溶液中，在300r/min的转速下刻蚀20min，取出，用水冲洗干净，烘干。
[0023](4)高温煅烧:将泡沫铜在空气气氛中，200°C煅烧3h，趁热取出。
[0024]所得材料，由最初的平整表面(图1)转变为由大小不一的纳米颗粒堆积而成(如图2)，同时拥有较好的机械强度。从宏观上看，材料呈橙黄色，空气中水接触角为0°，水下油接触角为160° (如图3)。由油水分离实验可知:该材料具有很好的油水分离效果，分离后水中油含量均在3ppm以下(如图4)。
[0025]
实施例2:
(1)材料的前处理:将孔径约200μπι，厚度Imm的泡沫铜(纯度>99.5%)，依次用丙酮、乙醇、去离子水在80ΚΗΖ超声清洗lOmin，除去表面有机以及无机类污染物，然后浸置于体积百分数10%稀硫酸溶液中，去除表面氧化物，待用；
(2)阳极氧化处理:称取0.15g氯化钠加水配置成重量百分数0.15%的电解质溶液10g待用。然后以泡沫铜为阳极，铜箔为阴极，两极距离为1.5cm，在3V外加直流电压作用下，进行阳极氧化处理，恒温水浴温度为25°C，反应lh，取出，风干。
[0026](3)盐酸刻蚀:将泡沫铜浸置于lmol/L盐酸溶液中，在300r/min的转速下刻蚀20min，取出，用水冲洗干净，烘干。
[0027](4)高温煅烧:将泡沫铜在空气气氛中，200°C煅烧3h，趁热取出。
[0028]所得材料，形貌及油水分离性能均与实施例1基本一致。
【主权项】
1.一种超亲水泡沫铜的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)材料的前处理:将泡沫铜，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，除去表面有机以及无机类污染物，然后浸置于稀硫酸溶液中，待用； (2)阳极氧化处理:称取电解质，加水配置成重量百分数<20%的电解质溶液待用;然后以泡沫铜为阳极，铜箔为阴极，在外加电压作用下，进行阳极氧化处理，恒温水浴温度为20-50。。； (3)盐酸刻蚀:将泡沫铜浸置于盐酸溶液中，在300-500r/min的转速下刻蚀lO-lOOmin，取出，用水冲洗干净，烘干； (4 )高温煅烧:将泡沫铜煅烧I _3h，趁热取出。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中采用的泡沫铜平均孔径在300μm以下，厚度为l_5mm。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中所用的稀硫酸溶液浓度为体积百分数5%-20%。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所采用的电解质为氟盐或氯土卜ΠΤΤ.05.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中电极间距为1-lOcm，反应时间为l_3h。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中采用稳压直流电源，电流密度控制在1-1OOm A/cm2。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中盐酸的摩尔分数为0.5-2mol/L08.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述煅烧是在空气气氛或含氧的气氛中煅烧，煅烧温度为200-500 0C。
【专利摘要】本发明公开了一种用于油水分离的超亲水泡沫铜的制备方法。制备方法分为材料前处理、阳极氧化处理、盐酸刻蚀以及高温煅烧四个步骤。该发明得到的泡沫铜，表面均匀分布着微米级孔洞，孔壁由形状不一的纳米颗粒组成。实验结果表明：该泡沫铜具有很好的超亲水及水下超疏油特性，在空气中水滴接触角为0°，水下油接触角为160°，同时具有超快的渗透率。油水分离后，水中油含量均在3ppm以下。该方法操作简单，所得材料具有超高的水渗透率及水负载量，油水分离效果显著，在含油污水的处理及油回收等领域具有十分重要的意义。
【IPC分类】B01D17/02, C22C1/08, C23F1/18, C25D11/34
【公开号】CN105671617
【申请号】CN201610184396
【发明人】吕树申, 罗智勇, 莫冬传
【申请人】中山大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月25日