不同基質超疏水材料及其在油水分離中的應用
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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
近年來，工業含油廢水排放增多、溢油頻繁等問題越來越突出。目前，主要有三種除油方法，分別為化學方法、物理方法和生物方法 。但一些方法效率低、能耗高，甚至還會引入新的污染物，迫切需要開發新型超疏水材料用于油水分離。
1907年奧利維爾報告了**個超疏水表面，超疏水材料開始得到深入研究。20世紀70年代，巴特洛特在顯微鏡下發現了蓮花效應。當材料表面對水和油具有相反潤濕性的時候，可用于分離油水混合物。隨后，研究人員模擬具有特殊潤濕性的生物表面微觀結構，開發出具有超親水/疏油或超疏水/親油性能的材料，并成功應用于油水分離。超疏水材料通過吸附作用分離油水混合物，具有吸附率高、可循環利用及對環境友好的優點，在油水分離中發揮了越來越重要的作用 。
本文介紹了超疏水材料的除油方法及制備方法，按制備超疏水材料的基質分為工業產品、天然無機材料、生物質材料和新興材料四類，綜述了各種材料在油水分離中的特點和優點，分析了材料的除油性能，并提出了現有超疏水材料在油水分離領域存在的不足，指出了后續的研究方向，為深入研究超疏水材料在油水分離領域中的應用提供參考。根據油滴直徑，油水混合物可分為非均相油水混合物（油滴直徑大于20μm）和油水乳液（油滴直徑小于20μm）。應根據油水混合物的特點選擇合適的分離方法。
對于非均相油水混合物，可使用重力驅動設備或表面潤濕性不同的材料進行油水分離。Yan等通過在碳布上負載Mn和TiO2制備的超親水/疏油碳布膜對正己烷等輕油具有良好的除油能力，油水分離效率為97.8%～99.0%。Yao等采用靜電紡絲法制備的超疏水/親油聚酰亞胺納米纖維膜能有效分離重油 - 水混合物，分離效率達99.18%。如果改變材料的表面潤濕性，超親水/疏油材料和超疏水/親油材料可相互轉化。Wang等利用去除莖髓的玉米秸稈制成的濾膜有效分離了輕油-水混合物，分離效率大于 99.71%。用聚二甲基硅氧烷和疏水SiO2對其改性后，膜的潤濕狀態由超親水性變為超疏水性，可實現重油-水分離。當油在水中均勻分布時會形成水包油或油包水乳液。乳化油液滴相對穩定，難以在重力作用下分離，可用陽離子預處理使其轉化為非均相油水混合物后再進行分離。用膜分離油水乳液時，除了考慮膜表面對水和油的潤濕性不同外，還應考慮孔徑大小。膜的孔徑必須小于液滴直徑，但過小的孔徑會導致油滴積聚從而堵塞孔，降低分離效率。目前新型超疏水材料可同時分離多種類型的油。Sun等使用共價有機骨架（COF）制備了具有水下超疏油和油下超疏水特性的智能COF膜。該膜具有切換的傳輸性能：不預濕時，水或油均無法滲透；用水預濕后，水可通過，油被阻擋，可分離輕油 -水混合物、重油-水混合物和油水乳液，分離效率均達99%以上，為設計可控、按需分離的超疏水材料提供了新思路。
近年來，隨著人們對超疏水材料研究的加深，已經制備了各類基質的超疏水材料。基質會影響材料的成本和性能（如堅固耐磨性、環保性及可回收性等）。超疏水材料需要具有精細的微納米級別的粗糙結構，或者用低表面能的物質進行修飾。目前，常用的制備方法有水熱法、溶膠凝膠法、刻蝕法、靜電紡絲法、涂覆法、沉積法、自組裝法及電化學法 等。
由海綿、織物等聚合物紡織品制備的超疏水材料具有表面多孔、彈性優異、柔軟、有韌性及無毒等優勢，所吸收的油類物質可通過機械處理（如擠壓等）進行回收，具有良好的可重復使用性。孫怡坤等發現聚四氟乙烯（PTFE）表面黏附SiO2后具有優異的疏水親油性能，水接觸角（WCA）達153.2°，對非均相油水混合物的除油率超過98%，對油水乳液的除油率超過80%。該制備方法簡單，材料來源廣泛，但僅為單一改性。Zhang等使用沉積法將Fe3O4納米顆粒、氧化石墨烯（GO）和植酸（PA）沉積在聚氨酯海綿（PUS）表面，得到的 SFRM-PUS 具有優異的超疏水性、阻燃性和磁性。Fe3O4納米顆粒的引入不僅增加了材料表面的粗糙度，還使 PUS具有磁性，使材料可在磁場作用下定向分離油，SFRM-PUS優異的阻燃性一方面得益于PA的引入，另一方面是因為GO與Fe3O4納米顆粒在燃燒中形成了物理屏障，阻止氧氣和熱量的進一步傳遞。在強酸強堿、高溫、高鹽及雜質磨損等惡劣的除油環境下，海綿容易損壞而出現彈性失活或表面涂層剝落的現象。金屬網既有海綿的柔韌性，又有更強的堅固性和更粗糙的表面，因此更能適應惡劣條件下油水分離的需要。Gao 等使用電沉積法制備了一種鍍鎳不銹鋼網SNSSM，不僅可有效分離油水混合物，分離效率達94%，而且顯示出優異的耐腐蝕性，可在腐蝕性溶液中維持超疏水狀態超過96h。這是因為鎳層在沉積時會形成“山”狀凸起，既可增加材料表面粗糙度，又可吸附一定量的空氣，形成氣膜屏障，隔絕鍍層與腐蝕性液體的接觸。提高材料的耐腐蝕性可使其更適應生活、生產的實際需要。但銅網無法直接儲油，需要與其他裝置結合制成撇油器，以實現連續集油。Ren等將硬脂酸改性的超疏水銅網與容器組合，使裝置在進行油水分離時，油能自驅動地通過銅網進入容器，不需額外能量。集油能力完全取決于撇油裝置所連接容器的體積，油水分離效率高達99.5%，10次循環后，分離效率未明顯下降。金屬網具有優越的堅固性和韌性，使它在保持超疏水性的同時，還可根據實際需要彎曲成各種形狀，這將在海面除油和廢水處理中發揮出巨大作用。雖然聚合物紡織品、金屬網基超疏水材料具有良好的油水分離效率，但聚合物紡織品熱穩定性差，而金屬容易銹蝕解離出金屬離子造成二次污染，這些缺點限制了它們的實際應用。陶瓷是保溫行業常用的一種材料，具有優異的熱穩定性、化學穩定性和抗污垢性，且使用壽命長、易于清潔，在苛刻的條件下也能進行油水分離。Dong等通過高溫氣相反應在陶瓷纖維表面原位生長出長度約100nm的針狀莫來石晶須，這些晶須顯著提高了陶瓷纖維的表面粗糙度，使該超疏水材料的WCA達159.4°，對油（正庚烷、甲苯、氯仿等）-水的分離效率大于99%。在強酸溶液中浸泡48h后針狀晶須仍未被破壞，表現出優異的化學穩定性。陶瓷類超疏水材料可適應工業廢水處理的高溫環境，在海面除油時也不會對水體造成污染。但莫來石晶須的引入不僅會降低陶瓷纖維的強度，而且自身容易損壞，因此開發一種更具韌性、抗磨損性的陶瓷類超疏水材料將是研究重點。
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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監控等。
卷柔新技術擁有自主知識產權的全自動生產線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產線能夠生產全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產生產能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業。
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