2~10分钟后取出，在SiO 2球 形纳米粒子层表面沉积一层聚二烯丙基二甲基氯化铵层，用蒸馏水洗涤以除去非静电吸附 的聚二烯丙基二甲基氯化铵，用惰性气体吹干，得到1个由粒径为250nm的SiO 2球形纳米 粒子层与聚二烯丙基二甲基氯化铵层构成的第二双层结构，且得到的玻璃纤维网上沉积的 最后一层是聚二烯丙基二甲基氯化铵层；
[0146] (5)将步骤（4)制备得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵层的玻璃纤维网 浸入到含有粒径为20nm球形纳米粒子的乙醇悬浊液中1~10分钟，取出用蒸馏水洗涤，惰 性气体吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化铵层表面沉积一层SiO 2球形纳米粒子层，玻璃纤维 网上沉积的最外层是SiO2球形纳米粒子层；
[0147] (6)将步骤（5)制备得到的最外层为SiO2球形纳米粒子层的不锈钢烧结网浸没在 低表面能物质的异丙醇溶液中，浓度为〇. lmol/L-lmol/L。室温下放置干燥或者烘箱40-80 度干燥，最终在基材上得到用于油水分离具有阶层粗糙结构的超疏水涂层。粒子层厚度约 为270nm，修饰层厚度约为10微米。
[0148] 实施例9
[0149] 涂层由一层250nm和一层20nm的SiO2纳米粒子层组成，多孔基材为聚丙烯纤维 网，其制备方法包括以下步骤：
[0150] (1)将5mL氨水，50-150mL无水乙醇加入锥形瓶中常温搅拌8-12分钟，在60摄 氏度搅拌1-3分钟，在搅拌下滴加5mL正硅酸乙酯（TEOS)，在60摄氏度剧烈搅拌10-14小 时，得到半透明的悬浮液，得到含有直径为20nm左右的SiO 2球形纳米粒子悬浮液，并稀释 成质量分数为〇. 1~5%的悬浮液备用；将5mL氨水，50-150mL无水乙醇和ImL去离子水加 入锥形瓶中常温搅拌8-12分钟，在30摄氏度搅拌1-3分钟，在搅拌下滴加3mL正硅酸乙酯 (TEOS)，在30摄氏度剧烈搅拌10-14小时，得到半透明的悬浮液，所得含有直径为250nm左 右的SiO 2球形纳米粒子悬浮液，并配成质量分数为0. 1~5%的悬浮液备用；
[0151] (2)将聚丙烯纤维网依次用水、乙醇、异丙醇溶液超声清洗5~60分钟，取出用蒸 馏水洗涤，用氮气吹干；
[0152] (3)将清洗干净并用惰性气体吹干后得到的聚丙烯纤维网浸入到浓度为1~3mg/ mL的聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液中，1~10分钟后取出，在聚丙烯纤维网表面沉积 一层聚二烯丙基二甲基氯化铵层，用蒸馏水洗涤以除去非静电吸附的聚二烯丙基二甲基氯 化铵，用惰性气体吹干；
[0153] (4)将步骤（3)制备得到的沉积有聚二烯丙基二甲基氯化铵层的聚丙烯纤维网浸 入到含有粒径为250nm球形纳米粒子的乙醇悬浊液中1~10分钟，取出用蒸馏水洗涤，惰 性气体吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化铵层表面沉积一层SiO2球形纳米粒子层；然后再浸 入到浓度为1~3mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化铵水溶液中2~10分钟后取出，在SiO2 球形纳米粒子层表面沉积一层聚二烯丙基二甲基氯化铵层，用蒸馏水洗涤以除去非静电吸 附的聚二烯丙基二甲基氯化铵，用惰性气体吹干，得到1个由粒径为250nm的SiO 2球形纳 米粒子层与聚二烯丙基二甲基氯化铵层构成的第二双层结构，且得到的聚丙烯纤维网上沉 积的最后一层是聚二烯丙基二甲基氯化铵层；
[0154] (5)将步骤（4)制备得到的最后一层为聚二烯丙基二甲基氯化铵层的聚丙烯纤维 网浸入到含有粒径为20nm球形纳米粒子的乙醇悬浊液中1~10分钟，取出用蒸馏水洗涤， 惰性气体吹干，在聚二烯丙基二甲基氯化铵层表面沉积一层SiO 2球形纳米粒子层，聚丙烯 纤维网上沉积的最外层是SiO2球形纳米粒子层；
[0155] (6)将步骤（5)制备得到的最外层为SiO2球形纳米粒子层的聚丙烯纤维网浸没在 低表面能物质的异丙醇溶液中，浓度为〇. lmol/L-lmol/L。室温下放置干燥或者烘箱40-80 度干燥，最终在基材上得到用于油水分离具有阶层粗糙结构的超疏水涂层。粒子层厚度约 为270nm，修饰层厚度约为10微米。
[0156] 申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局 限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的 技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的 添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【主权项】
1. 一种用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水涂层，其特征在于，所述涂层包 括第一双层结构，所述第一双层结构由聚电解质层和沉积在聚电解质层上的粒径为10~ 50nm的SiO 2球形纳米粒子层构成；所述第一双层结构的外表面修饰有低表面能物质层。
2. 如权利要求1所述的超疏水涂层，其特征在于，所述第一双层结构的个数为1个； 优选地，所述第一双层结构的内表面有第二双层结构，所述第二双层结构由聚电解质 层和沉积在聚电解质层上的粒径为70~500nm的SiO2球形纳米粒子层构成，所述第二双 层结构中的SiO2球形纳米粒子层与第一双层结构中的聚电解质层接触。
3. 如权利要求2所述的超疏水涂层，其特征在于，所述第二双层结构的个数为至少1 个，优选1~3个。
4. 如权利要求1-3之一所述的超疏水涂层，其特征在于，所述低表面能物质层的材料 选自二氟丙基二甲氧基硅烷、二氟丙基二乙氧基硅烷、十二氟半基二甲氧基硅烷、十二氟半 基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三 甲氧基硅烷、TK氣丁基丙基二甲氧基硅烷、二甲氧基硅烷、正十-烷基硅烷或正十八烷基二 氯烷中任意一种或者至少两种的混合物； 优选地，所述聚电解质层的材料是聚阳离子电解质，优选聚二烯丙基二甲基氯化铵； 优选地，低表面能物质层的厚度是4纳米~10微米； 优选地，所述用于油水分离的具有阶层粗糙结构的粒子涂层的厚度为10-600纳米。
5. -种用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水材料，其特征在于，所述材料包括 多孔基材以及涂敷在多孔基材上的如权利要求1-4之一所述的具有阶层粗糙结构的超疏 水涂层。
6. 如权利要求5所述的超疏水材料，其特征在于，所述多孔基材选自单层或多层的不 锈钢平织网、不锈钢冲压板、不锈钢烧结网、不锈钢纤维毡、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇 酯、尼龙、聚丙烯、聚偏氟乙烯或膨体聚四氟乙烯中的任意一种或者至少两种的组合。
7. -种如权利要求5或6所述的用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水材料的制 备方法，其特征在于，所述方法为：采用层层自组装的方法，将带负电荷的SiO 2球形纳米粒 子和带正电荷的聚电解质交替吸附，通过静电作用将聚电解质以及SiO2球形纳米粒子交替 自组装到多孔基材的表面，然后再进行低表面能物质的修饰，得到用于油水分离的具有阶 层粗糙结构的超疏水材料。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： (1) 将清洗干净并用惰性气体吹干后得到的多孔基材浸入到聚电解质的水溶液中，1~ 10分钟后取出，在多孔基材上沉积聚电解质，用蒸馏水洗涤以除去非静电吸附的聚电解质， 然后用惰性气体吹干； (2) 将步骤（1)得到的沉积有聚电解质的多孔基材，浸入到含有粒径为10~50nm SiO2 球形纳米粒子的乙醇悬浊液中，1~10分钟后取出，用蒸馏水洗涤干净，惰性气体吹干； (3) 将步骤（2)得到的多孔基材采用气相或者液相浸没方法，在10~50nmSi02球形纳 米粒子表面修饰低表面能物质，得到用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水材料。
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： (1)将清洗干净并用惰性气体吹干后得到的多孔基材浸入到聚电解质的水溶液中，1~ 10分钟后取出，在多孔基材上沉积聚电解质，用蒸馏水洗涤以除去非静电吸附的聚电解质， 然后用惰性气体吹干； (2'）将步骤（1)得到的沉积有聚电解质的多孔基材，浸入到含有粒径为70~500nm SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浊液中，1~10分钟后取出，用蒸馏水洗涤干净，惰性气体吹 干； (3'）将步骤（2'）得到的多孔基材浸入到聚电解质的水溶液中，1~10分钟后取出，在 多孔基材上沉积聚电解质，用蒸馏水洗涤以除去非静电吸附的聚电解质，然后用惰性气体 吹干； (4'）将步骤（3'）得到的多孔基材浸入到含有粒径为10~50nm SiO2球形纳米粒子的 乙醇悬浊液中，1~10分钟后取出，用蒸馏水洗涤,惰性气体吹干； (5) 将步骤（4'）得到的多孔基材采用气相或者液相浸没方法，在10~50nm SiO2球形 纳米粒子表面修饰低表面能物质，得到用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水材料； 优选地，所述方法包括如下步骤： (1)将清洗干净并用惰性气体吹干后得到的多孔基材浸入到聚电解质的水溶液中，1~ 10分钟后取出，在多孔基材上沉积聚电解质，用蒸馏水洗涤以除去非静电吸附的聚电解质， 然后用惰性气体吹干； (2'）将步骤（1)得到的沉积有聚电解质的多孔基材，浸入到含有粒径为70~500nm SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浊液中，1~10分钟后取出，用蒸馏水洗涤干净，惰性气体吹 干； (3' '）重复沉积聚电解质和粒径为70~500nm SiO2球形纳米粒子的过程，直至得到2 或3个由聚电解质层和沉积在聚电解质层上的粒径为70~500nm的SiO2球形纳米粒子层 构成的第二双层结构； (4' '）将步骤（3' '）得到的多孔基材浸入到聚电解质的水溶液中，1~10分钟后取出， 在多孔基材上沉积聚电解质，用蒸馏水洗涤以除去非静电吸附的聚电解质，然后用惰性气 体吹干； (5'）将步骤（4' '）得到的多孔基材浸入到含有粒径为10~50nm SiO2球形纳米粒子 的乙醇悬浊液中，1~10分钟后取出，用蒸馏水洗涤,惰性气体吹干； (6) 将步骤（5'）得到的多孔基材采用气相或者液相浸没方法，在10~50nm SiO2球形 纳米粒子表面修饰低表面能物质，得到用于油水分离的具有阶层粗糙结构的超疏水材料。
10.如权利要求7-9之一所述的方法，其特征在于，所述含有粒径为10~50nm的SiO2 球形纳米粒子的乙醇悬浊液的质量浓度为〇. 1~5% ; 优选地，所述含有粒径为70~500nm的SiO2球形纳米粒子的乙醇悬浊液的质量浓度 为0? 1~5% ; 优选地，所述聚电解质的水溶液的浓度为1~3mg/mL。
【专利摘要】本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种具有阶层粗糙结构涂层的超疏水油水分离材料。所述的阶层粗糙结构涂层是由粒径为10～50nm和粒径为70～500nm两种粒径的实心球形SiO2纳米粒子层构成，且所述涂层的表面有一层低表面能物质。本发明的涂层是通过层层静电原位自组装得到的，该涂层可以用于不锈钢丝网、不锈钢纤维烧结毡等各类金属网制品上。涂有所述具有阶层粗糙结构涂层的不锈钢烧结网的水接触角可以超过150°。本发明制备工艺简单，可以处理聚结分离器中滤芯材料，可重复多次进行油水分离，特别是对油水乳浊液也具有分离效果，可广泛应用于石油化工、冶金、化工、饮料、食品和制药行业等含油污水处理。
【IPC分类】B05D5-08, B32B33-00, C03C25-54
【公开号】CN104802488
【申请号】CN201410039159
【发明人】李晓禹, 杨传芳
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月27日