一种超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的制备方法及其用途

摘要

本发明提供了一种超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的制备方法及其用途，按照下述步骤进行：制备碳织物；制备碳织物@镍钴双氢氧化物；制备超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料。本发明所制得的超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料机械性能好、结构稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的制备方法，属环境功能材料制备技术领域。

背景技术

环境问题已经成为人类面临的一大挑战，雾霾、污水、废渣、废气、白色污染等等，都在严重威胁这地球的环境和人类的健康。而这每一个问题的出现，都是人类自身的发展带来的，每一个问题的解决，也必将使科技工作者付出艰辛的努力。而废水的处理无疑是可以起到解决环境问题和水资源缺乏问题，达到一举两得效果的双赢之举。其中原油开采，海上漏油事故，生活污水等造成的大量的含油废水已成为困扰环境的一大挑战。含油废水会对环境造成了巨大的危害，如石油漂浮在海面上，迅速扩散形成一层不透气的油膜会阻碍水体的复氧作用，导致海洋水体缺氧，影响海洋浮游生物生长，破坏海洋生态平衡。含油污水处理起来也极为困难、效率低、成本高，污水中油按物理状态分为四种：游离油、分散油、乳化油、溶解油。

常用于含油废水处理的方法主要有重力法、离心法、气浮法、吸附法，化学法、生物法及膜分离法。其中膜分离具有能耗低、单级分离效率高、过程灵活简单、环境污染低、通用性强等优点，但是膜分离应用效率受膜的抗污染性、热稳定性、化学稳定性等内在因素及膜组件形式、操作条件等外在因素的限制。随着材料科学的发展近年来基于特殊润湿性的表面材料研究发展迅猛，主要包括超亲水、超疏水、超亲油、超疏油、超双疏、超双亲表面等，在自清洁表面，防雾涂层，防污涂层、防指纹涂层，微液滴传递技术，油水分离等方面取得了一系列应用。油水分离的本质是界面问题，通过设计材料表面的特殊浸润性，得到超疏油或者超疏水的分离材料，无疑是提高其油水分离性能最有效的手段。然而基于特殊润湿性的膜材料的应用也存在很多问题，例如膜的耐溶胀性差、耐化学品性能差、通量衰减较快、处理含油污水的类型有限、分离效率不高等等，这些问题都亟待解决。

本发明将碳织物、镍钴双氢氧化物，通过简单的修饰制备具有超疏水超亲油特性复合材料，该材料具有较高的稳定性，可用于油水分离。

发明内容

本发明涉及一种超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的制备方法。首先取适量棉织物于管式炉中氮气保护下以5℃/min的升温速率升温至400～600℃，维持2h碳化处理，碳化处理后的样品用乙醇洗涤干净于烘箱中烘干。再将2.5mmol氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、5mmol氯化钴(CoCl₂·6H₂O)、2mmol十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和9mmol尿素(CO(NH₂)₂)溶于50mL去离子水。然后将该溶液转移至65mL水热反应釜，将碳织物0.5～1g放入反应釜，100～150℃处理9～12h。自然降温后，将碳织物@镍钴双氢氧化物复合物取出，用乙醇洗涤几次，60℃烘干。最后，将碳织物@镍钴双氢氧化物放入0.05-1.0mol/L的硬脂酸乙醇溶液于室温下在振荡器中振荡6h(80～120转/min)。制备的复合材料具有超疏水超亲油性，可用于油水混合物的分离。

本发明采用的技术方案是：

一种超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1、制备碳织物：取棉织物于管式炉中在惰性气体保护下进行碳化处理，碳化处理后的样品用乙醇洗涤后置于烘箱中烘干，得到碳织物；

步骤2、制备碳织物@镍钴双氢氧化物：将氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、氯化钴(CoCl₂·6H₂O)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和尿素(CO(NH₂)₂)溶于去离子水中，得到混合液A，然后将该混合液A转移至水热反应釜中，再将碳织物加入到水热反应釜中，进行恒温水热反应；自然降温后，将产物取出，用乙醇洗涤，烘干，得到碳织物@镍钴双氢氧化物；

步骤3、制备超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料：将碳织物@镍钴双氢氧化物浸没于硬脂酸的乙醇溶液中，于室温下在振荡器中振荡，得到超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料。

步骤1中，所使用的棉织物的质量为3～10g，所述的惰性气体为氮气；所述的碳化处理的方法为：以5℃/min的升温速率升温至400～600℃，并在400～600℃维持2h，所述的烘干温度为60℃。

步骤2中，制备混合液A时，所述氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、氯化钴(CoCl₂·6H₂O)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和尿素(CO(NH₂)₂)与去离子水的用量比为2.5mmol：5mmol：2mmol：9mmol：50mL；所述的碳织物的用量与所使用的去离子水的用量比为0.5～1g：50mL。

步骤2中，所述的恒温水热反应的温度为100～150℃，反应时间为6～12h；所述的烘干温度为60℃。

步骤3中，所使用的硬脂酸的乙醇溶液中，硬脂酸的浓度为0.05～0.1mol/L；在振荡器中的振荡方法为：以80～120转/min振荡6h。

所述超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料，具有超疏水超亲油性，且稳定性强，制备简单，具有一些潜在的应用，如分离含油污水中的油渍，使油水分离。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明所用织物材料价格低廉、来源广泛，绿色环保；

(2)制得的超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料机械性能好、结构稳定、同时具有超疏水超亲油性，可用于含油污水的分离。

(3)本发明的制备方法简单易行、流程较短、操作易控，适于推广使用。

附图说明

图1中(a)和(b)均为实施例1制备的碳织物的扫描电镜图；

图2为实施例1制备的超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料扫描电镜图；

图3为实施例1制备的超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的水接触角；

图4为实施例1制备的超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的油接触角，其中(a)为二氯乙烷即将接触材料，(b)为二氯乙烷接触材料的瞬间，(c)为二氯乙烷浸入材料内部。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

(1)制备碳织物：取适量棉织物于管式炉中氮气保护下以5℃/min的升温速率升温至400℃，维持2h碳化处理，碳化处理后的样品用乙醇洗涤干净于烘箱中60℃烘干。

(2)碳织物@镍钴双氢氧化物的制备：将2.5mmol氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、5mmol氯化钴(CoCl₂·6H₂O)、2mmol十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和9mmol尿素(CO(NH₂)₂)溶于50mL去离子水。然后将该溶液转移至65mL水热反应釜，将0.5g碳织物放入反应釜，100℃处理12h。自然降温后，将碳织物@镍钴双氢氧化物复合物取出，用乙醇洗涤几次，60℃烘干。

(3)制备超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料：将碳织物@镍钴双氢氧化物浸没于0.05mol/L的硬脂酸乙醇溶液于室温下在振荡器中振荡6h(80～120转/min)。

图1中(a)和(b)均为实施例1制备的碳织物的扫描电镜图；从图(a)可以看出碳织物由许多微米级纤维组成，有的纤维相互交织在一起。从(b)中可以看到微米级纤维表面较为光滑，没有粗糙结构。

图2为实施例1制备的超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料扫描电镜图；从图2可知碳织物表面长有大量的镍钴双氢氧化物，呈针状结构，与碳纤维构成微纳米结构。

图3为实施例1制备的超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的水接触角；从图中可以看到水接触角为156±1°(＞150°)，表现出超亲水性质。

图4为实施例1制备的超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料的油接触角，其中(a)为二氯乙烷即将接触材料，(b)为二氯乙烷接触材料的瞬间，(c)为二氯乙烷浸入材料内部；从图中可知，二氯乙烷在32ms内就能够浸入材料内部，表现出超亲油性。

实施例2：

(1)制备碳织物：取适量棉织物于管式炉中氮气保护下以5℃/min的升温速率升温至500℃，维持2h碳化处理，碳化处理后的样品用乙醇洗涤干净于烘箱中60℃烘干。

(2)碳织物@镍钴双氢氧化物的制备：将2.5mmol氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、5mmol氯化钴(CoCl₂·6H₂O)、2mmol十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和9mmol尿素(CO(NH₂)₂)溶于50mL去离子水。然后将该溶液转移至65mL水热反应釜，将0.7g碳织物放入反应釜，120℃处理9h。自然降温后，将碳织物@镍钴双氢氧化物复合物取出，用乙醇洗涤几次，60℃烘干。

(3)制备超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料：将碳织物@镍钴双氢氧化物浸没于0.08mol/L的硬脂酸乙醇溶液于室温下在振荡器中振荡6h(80～120转/min)。

实施例3：

(1)制备碳织物：取适量棉织物于管式炉中氮气保护下以5℃/min的升温速率升温至600℃，维持2h碳化处理，碳化处理后的样品用乙醇洗涤干净于烘箱中60℃烘干。

(2)碳织物@镍钴双氢氧化物的制备：将2.5mmol氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、5mmol氯化钴(CoCl₂·6H₂O)、2mmol十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和9mmol尿素(CO(NH₂)₂)溶于50mL去离子水。然后将该溶液转移至65mL水热反应釜，将1g碳织物放入反应釜，150℃处理6h。自然降温后，将碳织物@镍钴双氢氧化物复合物取出，用乙醇洗涤几次，60℃烘干。

(3)制备超疏水碳织物@镍钴双氢氧化物复合材料：将碳织物@镍钴双氢氧化物浸没于0.1mol/L的硬脂酸乙醇溶液于室温下在振荡器中振荡6h(80～120转/min)。