华南理工大学:铜网上无氟自修复超疏水复合涂层,用于油水分离和光催化降解
2025-07-21 11:54:33 作者:本网发布 来源:涂料驿站 分享至:

 近年来,在海上石油开采、运输和使用过程中,石油泄漏事件频繁发生。与此同时,城市排放了大量含有有毒有机化合物的含油污水,对生态环境和人类健康构成了严重威胁。具有大于150°高水接触角(WCA)的超疏水材料可以在无需外力的情况下有效分离油水混合物,被认为是解决石油污染物环境问题最经济有效的方法之一。

通常,实现超疏水性需要具备两个必要因素:低表面能微纳粗糙结构。如今,含氟试剂常被用作疏水改性剂,能够有效降低聚合物材料的表面能。然而,含氟试剂具有生物累积性,会对人体和生态环境造成危害。为解决这一问题,提出用长烷基链的化学物质来代替含氟试剂。然而,大多数超疏水涂层和表面缺乏自修复能力,当受到外力损坏时,无法恢复超疏水状态。

为了构建微纳粗糙结构,已经提出了许多方法,包括模板法、化学蚀刻法、自组装法、相分离法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法、喷涂法和浸渍法。相比之下,通过堆叠二氧化硅、埃洛石纳米管、银纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯等纳米颗粒,喷涂法浸渍法更容易构建微纳米结构。近年来,金属有机框架(MOF)因其结构稳定、活性位点高、比表面积大的特点而备受关注。MOF是一种由金属离子(如 Cu2+、Zn2+、Zr4+等)和有机配体(咪唑基团和羧酸根基团等)组成的晶体材料。类似于自然界中的荷叶效应,MOF可以聚集形成三维微观层次结构,显著增加表面粗糙度。同时,有机配体中的活性基团可以被改性,以改变材料表面的润湿性。然而,大多数MOF先被制备出来,然后被添加到有机相中,之后通过喷涂或浸渍法涂覆在基材上。为了获得明显的粗糙结构,需要使用大量的MOF,这导致涂层在基材上的附着力低且成本高。

近期,华南理工大学李红强/曾幸荣团队成功制备了一种在铜网上原位生长MOF的无氟自修复超疏水复合涂层,用于油水分离

 

通过在蚀刻后的铜网上原位生长MOF,然后形成具有长烷基链的交联聚亚胺层,在铜网上制得复合涂层。

该复合涂层具有优异的超疏水性,水接触角高达162°,滚动角低至4°。经过热处理、砂纸磨损、胶带剥离以及浸入不同溶剂和酸/碱水溶液后,该复合涂层仍能保持超疏水状态。即使被氧等离子体和刀具损坏,在70°C下加热30分钟后,涂层能够自修复并恢复超疏水性。此外,涂层铜网不仅表现出优异的油水分离性能,分离效率高达99.24%,渗透通量为1.16×105L⋅m-2⋅h-1,而且对有机染料具有良好的光催化降解能力。因此,本研究有望成为一种制备环保且功能性超疏水油水分离材料的新策略,在油污事故和工业污水排放方面具有巨大的应用潜力。



示意图

(a)PI@MOF-ECuM 的制备示意图;(b)修复层与交联网络的反应式示意图。

 


 

数据来源与出处


 

相关研究成果以“Fluorine-free and self-repairing superhydrophobic polyimine/MOF composite coating on copper mesh for oil-water separation and photocatalytic degradation”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

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