具有特殊润湿性的硅基油水分离材料研究进展.pdf

技术进展 ():具有特殊润湿性的硅基油水分离材料研究进展郭丰昱 金长浩(四川纳毕硅基材料科技有限公司 四川凉山彝族自治州)摘要:随着石油化工等领域的发展 具有特殊润湿性的硅基材料目前正以其无污染、低成本和适用广等优点 被更多地应用于油水分离领域 本文介绍了特殊润湿性材料的表面润湿性理论 总结了硅基材料在不同表面润湿性材料上的应用 展望了硅基材料未来在油水分离领域的应用前景关键词:硅基材料 油水分离 润湿性中图分类号:文献标识码:/.收稿日期:作者简介:郭丰昱()男 硕士 主要从事硅基材料的上下游研发及应用工作:(.):.:伴随着现代工业化进程的加速 石油化工作为工业社会不可或缺的环节也在不断发展 但在石油开采、应用及研究的过程中 大量的含油废水对工业生产和环境保护都带来巨大挑战传统的油水分离技术主要包括生物降解、物理吸附、热处理和物理分离等 其中 具有特殊润湿性的分离材料以其无污染、效率高和成本低的优势在近年来越发受到重视 在实际应用中 分离材料的选择和材料表面修饰对其特殊润湿性及油水分离效果有至关重要的作用硅基材料作为近年来的研究热点 在光伏、储能、医疗和环境保护等领域都得到了广泛的应用 伴随着对环境保护的重视 越来越多的学者将硅基材料应用于油水分离领域 等人以甲基三乙氧基硅烷()和多烷氧基多面体低聚硅倍半氧烷为共前驱体 经常压干燥制备了综合性能优良的杂化硅气凝胶 该硅基气凝胶具有优异的油水分离能力和自清洁性能 等人将有机硅和纳米 应用于材料表面修饰 利用氨基功能化、聚磷酸铵()和聚二甲基硅氧烷()对棉织物进行实质性修饰 使用超声辅助溶胶凝胶法和浸渍涂层法制备了超疏水性阻燃/织物通过改变织物表面润湿性使其可以应用于油水分离领域 本文介绍了特殊润湿性材料的表面润湿性理论 总结了硅基材料在不同表面润湿性材料上的应用 展望了硅基材料未来在油水分离领域的应用前景 以期为油水分离技术环保化和高效化提供新的思路第 期郭丰昱等.具有特殊润湿性的硅基油水分离材料研究进展 润湿性理论润湿性是指液体在固体表面聚集或铺展的能力 固体的表面润湿性主要受其表面微观结构和化学成分影响、和 等人分别阐述了固体表面接触角与固体表面结构、化学成分以及固液、固气、气液接触界面张力的关系 通常 材料的表面接触角差异反映了材料润湿性的区别 根据接触角不同 主要可分为:超疏水材料(水接触角 大于)、超亲水/超疏油材料(水下油接触角 大于)、润湿性可变材料(刺激响应材料)、双面不同润湿性材料(材料)等 超疏水硅基油水分离材料硅材料在特殊润湿性改性油水分离领域的应用 主要包括 个大类:一是纳米 和有机硅表面修饰 二是硅气凝胶纳米 是一种无毒无污染、比表面积大、分散性好的无机材料 纳米 表面富含的羟基可与多种有机物、膜材料表面发生反应结合 利用纳米材料和硅烷偶联剂对材料表面进行修饰改性 即可制备出具有特殊润湿性的油水分离材料 等人以正硅酸四乙酯为硅源以十二烷基三甲氧基硅烷与十八烷基三甲氧基硅烷配合物为改性剂 采用改进的 法制备疏水 纳米粒子()然后用一步浸渍法涂覆在化学蚀刻的不锈钢网上制备超疏水油水分离膜()实现了油水混合物的高效分离其 为 、油接触角为 对于不同的油水混合物 的分离效率高达 同时可以在不同酸碱环境中(值为 )分离油水混合物 等人将苯基三乙氧基硅烷()引入到 和二甲基二乙氧基硅烷形成的二元硅源体系中 通过简单的溶胶凝胶工艺和环境压力干燥制备了苯基增强柔性气凝胶 的加入加强了纳米颗粒的二次连接 使气凝胶结构由颗粒结构转变为非颗粒结构 与不添加 的柔性气凝胶相比 即使添加极少量的 苯基增强 气凝胶的热稳定性也大大提高 在条件下最大降解温度提高了 以上 具有优异的阻燃性 此外 的加入还增强了气凝胶的疏水性(为 )和力学性能使其易于分离油水混合物目前 油水分离用硅基气凝胶的主要研究方向集中在提高力学性能和热稳定性能 只有解决了这些问题 硅基气凝胶才有在工业上大规模生产应用的希望 超亲水/超疏油硅基油水分离材料相较于“除油型”超疏水材料“除水型”超亲水/超疏油硅基油水分离材料以其对基底污染性小、分离通量高等优点而成为当前的研发热点 等人使用环氧化 纳米颗粒作为交联剂 通过环氧开环反应与聚醚酰亚胺()相结合 共同包覆聚偏氟乙烯()膜 提高了分离膜的防污、油水分离、染料去除和重金属离子去除能力 在 的交联作用下涂层变得非常稳定 同时 许多环氧化 纳米颗粒堆积在膜表面 显著增加了粗糙度 进一步提高了膜的亲水疏油性能 其 为()等人受生物贻贝启发 制备了一种 聚多巴胺聚丙烯酰胺复合水凝胶()包覆的改性滤网 通过将聚二甲基硅氧烷在 空气中沉积 用粗糙的 微球模拟鱼鳞的纳米结构将疏水不锈钢屏表面改性为亲水表面 密集堆积的 微球包覆 水凝胶 使滤网具有粗糙的纳米/微米状结构 增强了滤网的润湿性 在油水分离过程中 改性滤网不仅实现了高达 的分离效率和 /()的水通量 而且在分离 次后仍表现出优异的稳定性 润湿性可变硅基油水分离材料现今 随着研究人员不断地在特殊润湿性材料领域进行探索 具有智能响应的油水分离材料已成为重点研究领域 智能响应的油水分离材料包括 值响应、光响应、温度响应等多种刺激响应材料 等 人 采 用 环 保、低 成 本 的 纤 维 素、和硬脂酸()制备了超疏水涂层(为)和 不仅能形成粗糙的微纳米结构 还能提供丰富的羟基与 反应涂覆后的棉织物具有优异的超疏水性和自洁性 第 卷能 能够经受擦洗、沸水浸泡等耐受性能测试即使经过 次洗涤循环 涂层棉织物仍然表现出超疏水性 该含硅油水分离材料在紫外光照射下 其润湿性可由超疏水转变为超亲水 涂层棉织物的响应表面可用于有效分离重、轻油水混合物、油包水乳液和水包油乳液 此外 紫外光响应涂层棉织物在紫外光照射后可以实现甲基蓝的降解 这为智能油水材料的发展提供了新的思路 等人将 值响应单体(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯()、含硅交联单体三甲氧基甲基丙烯酸丙酯()和含氟单体六氟甲基丙烯酸丁酯()进行聚合 制备了 值 响 应 聚 合 物 然后 将氨基改性的 接枝到聚合物上 增加其表面粗糙度 再涂覆在纸张上 制得了具有 值响应特性的超疏水纸 的加入使得基底材料的表面得到了保护 具有 值响应的聚合物可以更稳定地覆盖在基底表面 同时增加表面粗糙度 使材料在酸性条件下表现为超亲水/超 疏 油 碱 性 条 件 下 则 表 现 为 超 疏 水/超亲油 硅基油水分离材料为了解决润湿性单一的问题 除了通过刺激响应的方法改变材料表面润湿性以外 在同一种油水分离材料的两侧表现不同润湿性的 材料提供了一个良好的思路 等人以磷酸铝为粘结剂 将十六烷基三甲氧基硅烷改性的 喷到蚀刻过的亲水不锈钢网单侧上 由此获得了两侧具有不同润湿性的 油水分离膜材料 所制备的膜可实现油水乳液的按需分离 分离油包水乳液时 先将湿润的疏水侧(大于)向上放置以阻挡水分 再将膜方向反转 使用亲水侧(为)即可完成油包水乳液的分离 分离出的油水纯度大于 仅在重力作用下的油包水分离通量就高达 /()且 次循环后分离效率无明显变化 等人首先采用非溶剂诱导相分离工艺在 改性无纺布上制备了 和 共混膜 共混膜底面印迹了无纺布和部分 的微纳米粗糙结构 形成超疏水底面 为了进一步提高膜上表面的亲水性 采用硅烷原位溶胶凝胶法在膜上表面沉积亲水性 纳米球 底表面采用 改性无纺布进行保护 反应结束后机械剥离 涂层的无纺布 所得到的 膜具有不对称润湿性 上表面和底层的 分别为 和 使用润湿性不同的表面膜可以选择性地分离水包油和油包水乳液其对水包甲苯乳液的分离效率为 对己烷包水乳液的分离效率为 结束语目前 伴随着人们对环境保护的重视 越来越多研究人员在油水分离领域开始使用硅基材料取代含氟类材料 根据润湿性的不同 研究方向主要分为超疏水、超亲水/超疏油、润湿性可变和 四大类别 目前 使用最多的硅基油水分离材料为纳米 颗粒和有机硅 纳米 颗粒的化学稳定性、物理稳定性、表面活性和环保特性使其可应用在各种润湿环境中 同时能够做到对基底的保护和表面粗糙度的构建 有机硅的聚硅氧烷链的低表面能和优异生物相容性使其可以在油水分离领域得到更广泛的应用 未来根据纳米 颗粒的特性拓展其应用和提高有机硅稳定性将会是研究的重点方向参考文献 ./.():.包木太 崔苏皖 李浩帅 等.海上溢油回收凝油剂研究 进 展 .海 洋 环 境 科 学 ():.:./.():.石正宝 陈淑卿 林珊.特殊浸润性膜材料的油水分离研究进展.化学工程与装备 ():.第 期郭丰昱等.具有特殊润湿性的硅基油水分离材料研究进展 ()/.():.梁娜 张耀中 王涛 等.特殊浸润性膜的油水分离研究进展.水处理技术 ():.:.徐龙平 李志豪 王伟杰 等.有机硅材料在医用领域的应用研究进展.有机硅材料 ():.卫智毅 王慧 余天培 等.二氧化硅基纳米纤维气凝胶的研究进展.现代纺织技术 ():.韩慕瑶 赵丽娜 孙洁.硅及硅基负极材料的研究进展.高等学校化学学报 ():.洪鹏 陈玉镔 刘珠 等.超疏水硅烷化海绵的制备及其在油水分离中的应用.有机硅材料():.“”/.:./.():.():./.():./.:./.:.():.李吉泰 展悦 冯明珠 等.超亲水空气疏油水下超疏油不锈钢网的制备及性能.材料导报():.()().():.:./.:./.:./.():.():.():.:/.():.第 卷 .:.:.:.行业动态瓦克有机硅 年第二季度销售额为 亿欧元 月 日 瓦克发布了第二季度经营数据瓦克有机硅业务部门 年第二季度实现销售总额 亿欧元 比上年同期(亿欧元)减少 产品价格走低和销售量减少是该值下滑的主要原因 较上一季度(亿欧元)销售额下降了 瓦克有机硅本期息税折旧摊销前利润()为 亿欧元 与上年同期(亿欧元)相比减少 较上一季度(亿欧元)减少 除价格下降 尤其是标准产品的价格下降之外 生产设备的利用率大大低于上年同期 也对利润造成了负面影响 能源和原材料价格居高不下同样阻碍了业绩发展 年第二季度的 利润率合 上年同期为 上一季度为 (瓦克化学股份有限公司)瓦克农特里茨生产基地迎来 周年庆 月 日 瓦克化学股份有限公司在德国萨克森州州长 先生陪同下庆祝了农特里茨化工厂归属瓦克 周年 年 月 瓦克化学集团收购了农特里茨化工厂至今已投资约 亿欧元 将其扩建成了全球规模最大、最现代化的有机硅及多晶硅生产基地之一 年以来 瓦克在农特里茨建成了许多新的有机硅及上游产品生产设备 并对已有设施进行了大幅度扩建目前 瓦克在农特里茨生产基地生产以硅为原料的化工产品 其中包括约 种不同类型的有机硅产品、气相法二氧化硅 以及供太阳能产业使用的超纯多晶硅 此外 瓦克还在农特里茨拥有一套有机硅胶粘剂及密封剂灌装设备 农特里茨综合性生产基地废料少 节能效率高 可持续降低原材料及能源消耗 减少废水和废气对环境的影响这座位于德国易北河畔的化工厂拥有 多年的历史 年由 创建最初主要生产硫酸、氢氧化钠、氯和盐酸等无机物产品 世纪 年代初 合成工艺成功发明 化学家 以此为有机硅的工业化生产铺平道路 年 农特里茨工厂开始此类生产 两德统一后 农特里茨国营化工厂易名农特里茨化学有限责任公司(瓦克化学股份有限公司)信越投资千亿日元扩大有机硅产能 月 日 信越化学株式会社(东京)宣布将对其有机硅业务进行 亿日元(亿美元)的新投资 为了满足市场对高性能有机硅产品的需求 信越推出了此次投资计划 以扩大有机硅产品的应用 改善产品功能 并扩大环保有机硅的使用 根据该投资计划 信越将投资其位于日本群马的主要有机硅生产中心 以及位于日本直越、竹府的工厂 位于泰国的有机硅单体和聚合物生产工厂 此外 该公司还打算进一步投资其在其它亚洲国家、美国和匈牙利的有机硅工厂 信越公告表示 其先进的有机硅技术和产品为实现飞机、电动汽车的小型化和轻量化做出了贡献 并能利用有机硅的长期稳定性来延长最终产品的使用寿命 目前 信越正在开发有助于节约资源和能源的产品 未来可广泛应用于汽车、半导体、通信等领域 信越的部分有机硅产品如成型后不需要再热处理的硬质橡胶、可在低温下硫化的液态硅橡胶和离型纸有机硅等 还有助于减少最终产品使用中产生的温室气体(中国化工报)