一种用于油水分离的超亲水泡沫钛的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于油水分离的超亲水泡沫钛的制备方法。制备方法分为材料前处理、阳极氧化处理、紫外光照三个步骤。得到的泡沫钛表面由本征亲水的氟氧化钛组成，同时表面覆盖着无数的纳米腔，粗糙度系数Rq达到35.6 nm，可以进一步增强泡沫钛表面的亲水性能。该泡沫钛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°，具有很好的油水分离效果。当过滤精度达到20μm以下，该泡沫钛还可以用于乳液分离，分离效率可以达到99%以上。该方法操作简单，所得材料具有很好的稳定性以及超亲水性，油水分离效果显著；同时由于钛材料具有无毒、环境友好等特点，在含油污水的处理及油回收等领域具有十分重要的意义。
【专利说明】一种用于油水分离的超亲水泡沬钛的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及泡沫钛技术领域，具体地说，涉及一种用于油水分离的超亲水泡沫钛的制备方法。
【背景技术】
[0003]泡沫钛是一种具有无毒、环境友好、生物相容性好等优点的多孔金属材料，近年来受到越来越多科研工作者的青睐。
[0004]材料的发展与应用，通常与其成熟的制备技术密不可分。泡沫钛的制备方法在近年也颇受关注。其制备原理是通过钛颗粒与造孔剂(如尿素)进行混合，然后在一定压力下通过高温煅烧而成(CN103131883A;CN103447533A)。通过调节过程中的各项参数，可以得到孔隙率不一的泡沫钛，从而为其后续利用提供了更多选择的空间。2014年，王耀奇等利用氢气辅助法，制备出了价格低廉，孔隙率高的泡沫钛(CNl04451233A)，进一步拓宽了泡沫钛的应用前景。
[0005]随着近海开采的进行，海洋漏油事故时有发生；同时工业含油污水也在不断增多。这给油水分离带来了巨大的挑战。重力驱动下的油水分离相对于传统膜分离，具有效率高、节能等优势而备受关注。多孔泡沫钛是一种很好的油水分离材料，但相关领域的研究非常少。2015年，Li等利用阳极氧化在泡沫钛表面制备了 T12纳米管来进行油水分离，但该方法提及的超亲水性稳定性不佳；同时纳米管结构不利于超亲水界面的构筑(J.Mater.Chem.A, 2015，3，1279)。我们通过合适的阳极氧化处理，在泡沫钛表面形成本征亲水的氟氧化物层，稳定性好;而表面纳米腔能够显著提高表面粗糙度，增强超亲水性能。该泡沫钛具有很好的油水分离效果。
[0006]
【发明内容】
[0007]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钛的制备方法。本发明通过阳极氧化处理，紫外光照的技术手段，来制备稳定性好，性能优异的超亲水油水分离泡沫钛。
[0008]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钛的制备方法，包括如下步骤:
(1)材料的前处理:将泡沫钛，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，然后浸置于丙酮中，待用；
(2)阳极氧化处理:称取电解质，加水和乙二醇配置电解质溶液待用；然后以泡沫钛为阳极，钛箔为阴极，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°C;
(3)紫外光照处理:将泡沫钛干燥，然后用紫外光进行照射，以除去表面的含碳污染物得到超亲水泡沫钛。
[0009]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(I)中采用的泡沫钛过滤精度在200μπι以下，厚度为0.l-10mm。
[0010]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(2)中所用的电解质为氟盐。
[0011]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(2)中所采用的电解质重量百分数为0.1%-10%。
[0012]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(2)中两电极间的距离为0.l_5cm。
[0013]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(2)中采用稳压直流电源，电流密度控制在1-1OOm A/cm2。
[0014]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(2)中阳极氧化处理时间为l_12h。
[0015]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(3)中所述紫外光强为1-100mW/cm2。
[0016]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(3)中所述紫外光与泡沫钛的距离为1-20cm。
[0017]作为优选的，在上述制备方法中，步骤(3)中所述紫外光照射时间为l-60min。
[0018]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、紫外光照的方法，来制备超亲水泡沫钛。该发明得到的泡沫钛，表面由亲水的氟氧化钛组成，同时表面覆盖着无数的纳米腔，粗糙度系数R，达到35.6nm，可以进一步增强泡沫钛表面的亲水性能。该泡沫钛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°，具有很好的油水分离效果。当分离精度达到20 μπι以下，该泡沫钛还可以用于乳液分离，分离效率可以达到99%以上。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。
[0019]
【附图说明】
[0020]图1为反应前的泡沫钛的低倍及高倍SEM图，表面较为平整；
图2为反应后的泡沫钛的低倍及高倍SEM图，表面均匀分布着纳米级腔体；
图3为制备的超亲水泡沫钛的空气中水接触角和水下油接触角图，水滴及油滴均为5μ
I;
图4为试样的乳液分离效果图，乳液分离后水中油含量图以及分离效率。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]实施例1:
(I)材料的前处理:将分离精度20μπι，厚度Imm的泡沫钛(纯度>99.7%)，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，然后浸置于丙酮中待用。
[0023](2)阳极氧化处理:称取0.3g氟化铵加15g水和84.7g乙二醇配置成重量百分数
0.3%的氟化铵电解质溶液10g待用。然后以泡沫钛为阳极，钛箔为阴极，两极距离为1.5cm，在80V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8h，取出，用去离子水洗涤后风干。
[0024](3)紫外光照处理:将干燥后的泡沫钛样品，用90mW/cm2的紫外灯，在距离样品20cm位置照射样品10分钟。
[0025]所得材料，由最初的平整表面(图1)转变为由无数纳米腔组成的表面(如图2)。从宏观上看，材料呈黑灰色，空气中水接触角为0°，水下油接触角为160° (如图3)。由乳液分离实验可知:该材料具有很好的油水分离效果，乳液分离效率可以达到99%以上，而对于对二甲苯，分离效率接近100%。该材料具有很强的工业应用前景(如图4)。
[0026]
实施例2:
(I)材料的前处理:将分离精度20μπι，厚度Imm的泡沫钛(纯度>99.7%)，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，然后浸置于丙酮中待用。
[0027](2)阳极氧化处理:称取0.4g氟化铵加18g水和81.6g乙二醇配置成重量百分数
0.4%的氟化铵电解质溶液10g待用。然后以泡沫钛为阳极，钛箔为阴极，两极距离为1.5cm，在80V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6h，取出，用去离子水洗涤后风干。
[0028](3)紫外光照处理:将干燥后的泡沫钛样品，用90mW/cm2的紫外灯，在距离样品20cm位置照射样品10分钟。
[0029]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】
1.一种超亲水泡沫钛的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)材料的前处理:将泡沫钛，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，然后浸置于丙酮中，待用； (2)阳极氧化处理:称取电解质，加水和乙二醇配置电解质溶液待用；然后以泡沫钛为阳极，钛箔为阴极，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°C; (3)紫外光照处理:将泡沫钛干燥，然后用紫外光进行照射，以除去表面的含碳污染物得到超亲水泡沫钛。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中采用的泡沫钛过滤精度在200μm以下，厚度为0.1-1Omm。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所用的电解质为氟盐。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所采用的电解质重量百分数为0.1%-10%ο5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中两电极间的距离为0.l-5cm。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(2)中阳极氧化处理时间为l-12h。8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述紫外光强为1-100mW/cm2。9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述紫外光与泡沫钛的距离为l_20cm。10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述紫外光照射时间为1-60mino
【文档编号】C25D11/26GK105926020SQ201610421063
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】莫冬传, 罗智勇, 吕树申
【申请人】中山大学