一种具有特殊浸润性的镂空容器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具有特殊浸润性的镂空容器及其制备方法与应用。该具有特殊浸润性的镂空容器是按照包括下述步骤的方法制备的：先将镂空容器进行清洗，以去除容器表面的灰尘和氧化物；再通过改性处理，使容器表面形成粗糙微结构；最后调节容器表面的表面能，得到所述特殊浸润性的镂空容器。制成所述镂空容器的材料包括不锈钢、铜以及聚合物材料等，其孔隙尺寸为10微米-5毫米。本发明专利技术制备的改性后容器可以具有以下特殊浸润性：超疏水亲油性，超疏水疏油性，上部超疏水亲油-下部超疏水疏油性，外壁超疏水疏油性-内壁超疏水亲油性；该容器可用作装水、装油的容器，以及具有自清洁效应的反应容器，还可用于油水分离以及水中油滴和油膜的富集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有特殊浸润性的镂空容器及其制备方法与应用。
技术介绍
表面浸润性是固体表面的重要特征之一，主要由表面化学组成和表面微结构决定。通过表面化学组成和微结构的调控，可以在物体表面形成多种类型的特殊浸润性表面，包括超疏水性、超亲水性、超疏油性等，在日常生活以及工业生产中有着广泛的应用。例如超疏水表面具有类似荷叶的自清洁效应，可以用来防雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导等；超疏水亲油的膜/网可被用来分离油水混合物；超亲水材料会使小水滴在其表面铺展成均匀的水膜，可以被用作防雾及自清洁涂层；超疏水疏油的涂层，由于水滴和油滴均不能在其表面铺展，可用于材料的防护处理剂以及棉织物的抗污涂层。申请号为01118387. X，公开号为CN 1387932A的中国专利技术专利申请，公开了具有自清洁功能的超亲油性/超疏水性纳米界面分离网，用于油水分离，净化油液中的水分。申请号为200610113975. 0，公开号为CN 101168475A的中国专利技术专利申请，公开了一种超亲水的自清洁防雾涂层，该涂层可以用于玻璃制品上，特别适用于潮湿空气环境的各式各样的需要防雾处理的基质上。申请号为201110127412. 8，公开号为CN 102229687A的中国专利技术专利申请，公开了一种石材表面的防护处理剂，赋予石材超疏水、疏油的表面性能。以上专利均基于通过表面化学组成和表面微结构的调控来实现特殊浸润性、进而得到不同的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一类具有特殊浸润性的镂空容器及其制备方法。本专利技术涉及到的镂空容器，其材料包括不锈钢、铜、黄铜、金、银、尼龙、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚异丁烯、聚丙烯腈、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、酚醛树脂、环氧树脂等。所述镂空容器可以由上述材料的纤维编织而成，也可采用由上述材料制成的镂空平面材料加工而成。所述镂空容器，其孔隙尺寸为10微米-5毫米。本专利技术所提供的特殊浸润性的镂空容器是通过在容器表面构筑粗糙结构以及调节表面能得到的，具体包括下述步骤先将镂空容器清洗，去除容器表面的灰尘、氧化物；再通过改性处理，使容器表面形成粗糙微结构；最后调节容器表面的表面能，得到所述特殊浸润性的镂空容器。所述改性处理方法可选自下述任意一种容器表面原位还原生成铜颗粒、容器表面原位还原生成银颗粒、容器表面沉积一层多巴胺后原位还原生成银颗粒。·上述在容器表面原位还原生成铜颗粒的步骤包括将清洗后的不锈钢或黄铜容器浸入一定浓度的CuSO4溶液中，加入一定体积的盐酸(如无特殊说明，本文中所用盐酸为浓度36 % -38 %的市售盐酸，不经稀释直接使用)，不锈钢中的铁或黄铜中的锌将溶液中的铜离子还原成铜，待容器表面均匀沉积一层红色的铜后，取出容器，用去离子水清洗三遍。所述CuSO4溶液的浓度为O. 01-0. 2M，所述盐酸和CuSO4溶液的体积比为I : 1000-5 1000。上述在容器表面原位还原生成银颗粒的步骤包括将清洗后的不锈钢或铜或黄铜容器浸入O. 5-5mg/mL的AgNO3溶液中，溶液中的银离子被还原成银，待容器表面均匀变黑后，取出，用去尚子水清洗三遍。上述在容器表面沉积一层多巴胺后原位还原生成银颗粒的步骤包括将其他材料制成的镂空容器浸入pH值为8 9的8 12mM Tris-HCl溶液中，加入多巴胺盐酸盐，其加入量与Tris-HCl溶液的比例为2 5mg/mL，溶液在20 30°C下振荡过夜，容器表面包覆了一层聚多巴胺；蒸馏水清洗后，将容器放入O. 5 5mg/mL AgNO3溶液中，反应3 8h后用去离子水和乙醇清洗。上述特殊浸润性处理包括用不同表面能物质的溶液浸泡具有微结构的表面。所述不同表面能物质包括固体石蜡、十二烷基硫醇、1H，1H，2H，2H-全氟癸硫醇。 本专利技术中，所述不同表面能物质的溶液具体可为下述1)_6)中的任意一种1)固体石蜡O. 05-5克，正己烷100毫升；2)固体石蜡O. 05-5克，乙醚100毫升；3)十二烷基硫醇50-500微升，甲醇100毫升；4)十二烷基硫醇50-500微升，乙醇100毫升；5) 1H，1H，2H，2H-全氟癸硫醇50-500微升，甲醇100毫升；6) 1H，1H，2H，2H-全氟癸硫醇50-500微升，甲醇100毫升。本专利技术所得改性后容器可以具有以下特殊浸润性超疏水亲油，超疏水疏油，上部超疏水亲油-下部超疏水疏油，外壁超疏水疏油-内壁超疏水亲油。本专利技术所得的特殊浸润性镂空容器可以用作装液体的容器(如图I)，也可用于油水分离或水中油滴富集。所述用作装液体的容器，包括装水、装油、用作反应容器等。所述用作反应容器，涉及的反应包括液-固-液相变反应，沉淀反应，指示剂变色反应等。所述油水分离，油水混合物包括植物油和水的混合物,工业油和水的混合物,有机溶剂和水的混合物。所述植物油包括橄榄油，玉米油，大豆油，菜籽油，花生油，芝麻油，葵花籽油，及其任意比例混合物。所述工业油包括煤油，汽油，柴油，及其任意比例混合物。所述有机溶剂包括氯仿，正己烷，正庚烷，二氯甲烷，四氯化碳，硅油，及其任意比例混合物。所述水中油滴富集，油滴包括氯仿、正己烷、正庚烷、二氯甲烷、四氯化碳及其任意比例的混合物在水中分散的液滴。本专利技术中的容器虽然是镂空的，但由于其特殊的浸润性可以用来装一定量的水或油而不会漏出，还可以用作油水分离器以及油水富集器，拓宽了特殊浸润性的应用范围。现有技术中尚未有此类特殊浸润性镂空容器报道，本专利技术填补了此项空白。附图说明图I为不锈钢镂空容器装液体的照片，其中，左图镂空容器孔径为20目，盛有水(染色)，右图镂空容器孔径为60目，盛有橄榄油；图中网桶高度5cm，所示水、油非最高高度。图2为在实施例I制备的不锈钢镂空容器中进行氯化铁和氢氧化钠的反应照片；其中，I为加入FeCl3溶液，2为滴加NaOH溶液，3为生成Fe (OH) 3。图3为实施例4中上部亲橄榄油-下部疏橄榄油的不锈钢镂空容器不同部位对橄榄油的浸润效果。图4为实施例5中镂空容器用作反应容器进行水的液-固-液相变实验照片。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术进行说明，但本专利技术并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例I、超疏水不锈钢镂空容器的制备及其作为反应容器的应用 制备方法如下不锈钢丝编织的容器(40目)在水中超声5分钟，乙醇中超声5分钟，烘干后置于O. 5M CuSO4/盐酸混合溶液中(CuSO4和盐酸体积比为500 I)，待容器上均匀沉积一层红色的铜之后，取出容器用蒸馏水洗三遍，烘干后置于十二烷基硫醇的甲醇溶液中(100微升/100毫升)，浸泡过夜。最后，乙醇冲洗三遍，烘干，得到超疏水不锈钢镂空容器。将两毫升氯化铁溶液加入镂空容器中，滴加氢氧化钠溶液，有红褐色沉淀生成，如图2所示。实验过程中无水滴漏出，沉淀反应能顺利进行，表明该镂空容器可以用于装溶液作为反应容器。反应结束后，将容器内混合物倒出，容器内壁无任何残留，无需清洗。实施例2、150目超疏水铜网桶的制备及其在氯仿-水分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有特殊浸润性镂空容器的方法，包括下述步骤：先将镂空容器进行清洗，以去除容器表面的灰尘和氧化物；再通过改性处理，使容器表面形成粗糙微结构；最后调节容器表面的表面能，得到所述特殊浸润性的镂空容器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段春婷，张靓，蔡超，张小莉，赵宁，徐坚，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：