具有选择性吸附/分离性能的三维金属网的制备方法

摘要

具有选择性吸附/分离性能的三维金属网的制备方法，其步骤为：（1）通过浸渍法将纳米片层厚度的石墨烯涂敷在金属网格上以构造微纳尺度的表面粗糙度，然后再通过浸渍法将低表面能的物质涂敷在石墨烯表层上以改变其表面化学能，构建出表面水接触角为150~155度，油的接触角为0度的具有超疏水、超亲油性能的二维金属网格；（2）将至少两个二维金属网格成角度搭接为立体的三维金属网。

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护技术，具体是涉及具有选择性吸附/分离性能的三维金属网的制备。

背景技术

环境污染问题已经引起世界各国的重视。吸附技术是去除水体中的有毒工业有机废液或原油泄漏污染物是一种有效的方法，但传统的吸附材料如活性炭、分子筛、硅藻土等，普遍存在一些缺点：（1）吸附容量较低，对油及有机溶剂的吸附量一般只有几倍至十几倍（重量比）；（2）选择性差。虽然活性碳或多孔碳都可以吸附油或有机溶剂，但同时它也对水具有一定的吸附能力，因此用于油（有机溶剂）/水分离时并不理想。尽管目前还有一些报导的吸附材料如碳纳米管、有机-无机杂化材料、功能化的聚合物或树脂等用于水体中油或非极性溶剂的吸附，但都不同程度的存在与活性碳或多孔碳类似的缺点。

目前，对吸附材料进行表面疏水性改性已经成为提高材料吸附选择性的重要途径。然而，目前报导的具有超疏水表面的吸附材料仅有几例：如由纳米线制备的超疏水膜，超疏水的纳米孔聚乙烯苯等材料，超疏水的石墨烯海绵等。这些超疏水材料一方面制备成本比较昂贵、吸附倍率有限，另一方面这些材料多为二维结构，限制了其在实际中特别是大规模海上原油泄漏中的使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有选择性吸附/分离性能的三维金属网的制备方法。

本发明是具有选择性吸附/分离性能的三维金属网的制备方法，其步骤为：

（1）通过浸渍法将纳米片层厚度的石墨烯涂敷在金属网格上以构造微纳尺度的表面粗糙度，然后再通过浸渍法将低表面能的物质涂敷在石墨烯表层上以改变其表面化学能，构建出表面水接触角为150~155度，油的接触角为0度的具有超疏水、超亲油性能的二维金属网格；

（2）将至少两个二维金属网格成角度搭接为立体的三维金属网。

本发明的有益之处是：制备工艺路线简单，操作简便，材料应用于水体中的油或非极性溶剂分离、吸附时，具有吸附量大，选择性高、重复使用性好的优点，在原油泄露处理、工业有机废液处理、液/液分离、以及水处理等领域具有潜在的应用价值。

附图说明

图1为实施例1所制备的二维金属网的SEM图，图2~图5为实施例2所制备的三维金属网的选择性吸附的过程图，图6为实施例2所制备的柱状金属网的动态选择性吸附图，图7为实施例2所制备的三维金属网对不同有机物及油品的理论吸附量，图8为实施例2所制备的三维金属网的重复利用性能图。

具体实施方式

本发明是具有选择性吸附/分离性能的三维金属网的制备方法，其步骤为：

（1）通过浸渍法将纳米片层厚度的石墨烯涂敷在金属网格上以构造微纳尺度的表面粗糙度，然后再通过浸渍法将低表面能的物质涂敷在石墨烯表层上以改变其表面化学能，构建出表面水接触角为150~155度，油的接触角为0度的具有超疏水、超亲油性能的二维金属网格；

（2）将至少两个二维金属网格成角度搭接为立体的三维金属网。

根据以上所述的方法，通过浸渍法将纳米片层厚度的石墨烯涂敷在金属网格上以构造微纳尺度的表面粗糙度，石墨烯的片层厚度在0.8~2纳米之间。

根据以上所述的方法，纳米厚度的石墨烯采用热膨胀法，或者石墨氧化，或者还原法制得。

根据以上所述的方法，低表面能的物质是聚二甲基硅氧烷，或者聚四氟乙烯乳液，或者十三氟代三甲氧基硅烷。

根据以上所述的方法，所使用的金属网格为不锈钢筛网，或铜筛网，筛网的目数在200~400目之间。

根据以上所述的方法，搭接的三维金属网为立方体，或柱状。

下面通过更为具体实施例进一步展开本发明。

实施例1：

将30mg氧化石墨溶于10mL蒸馏水中超声分散30min，制成3mg/mL氧化石墨烯水溶液，按照有机相与水体积比9:1，加入90mL氮，氮-二甲基甲酰胺，制成0.3mg/mL氧化石墨烯溶液。加入30μL水合肼，于80℃反应1h，得到石墨烯浸渍液。选择目数为400的金属网格为底物，浸渍、80℃烘干，将石墨烯片层附着于金属网格上。随后，将附着石墨烯的金属网格浸于1mg/ml的聚二甲基硅氧烷的甲苯溶液里，经80℃干燥12小时后得到具有超疏水、超亲油性质的二维金属网。其SEM照片如图1所示，由图可见制备的二维金属网表面附着层状石墨烯形成了微观粗糙面。

实施例2：

将实施实例1中得到的超疏水、超亲油二维金属网格通过机械加工手段制成立方体或柱状金属网吸附材料。图2~图5显示了立方体金属网对于水中有机物的选择性吸附过程图。图6显示了柱状金属网对于水中有机物的动态选择性吸附图。图7显示了立方体金属网对于水中有机物的吸附量。图8以表面水接触角为依据，显示了立方体金属网在应用中的可重复性。

本发明制备的超疏水金属网表面水的接触角为152度，油的接触角为6.7度，对水体中的油及非极性溶剂具有选择性吸附能力（只吸附油或非极性溶剂，不吸附水），重复使用性能好，可通过简单的蒸馏、洗涤等方法回收再使用；通过简单的构筑方法，将二维金属网制成三维形状，就可以制备具有选择性吸附/分离性能的三维金属网，其对一系列的油、非极性溶剂和极性溶剂具有高的选择性和大的理论吸附量。