CN115710838A

CN115710838A - 一种导电超疏水纤维素纸及其制备方法

Info

Publication number: CN115710838A
Application number: CN202211191798.3A
Authority: CN
Inventors: 殷祚炷; 谢宇; 李敏; 程伊; 周童汉; 薛名山
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2023-02-24

Abstract

本发明公开了一种导电超疏水纤维素纸的制备方法，包括如下步骤：S1、将空白纤维素纸一面涂覆碳浆石墨烯放于100℃的烘干箱中，烘干两小时；S2、将S1中获得的纤维素纸取出，将纤维素纸浸泡在Co(NO3)2溶液中4～10min；S3、将S2中获得的滤纸取出，除去纤维素纸表面残液，再放入对苯二甲酸钠溶液中，浸泡5～20s；S4、将S3获得的纤维素纸取出，除去其表面残液，再放入低表面能剂溶液中，浸泡20～100s；S5、将S4获得的纤维素纸取出，干燥滤纸，本发明的优点：具有优异的超疏水性能，其接触角可达165±2°；本发明的导电超疏水纤维素纸不仅具有导电性能，还可应用于不同油污污染过的水体，达到油水分离的效果。

Description

一种导电超疏水纤维素纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电超疏水纤维素纸及其制备方法，特别涉及一种可用于油水分离且具有光催化降解性能导电超疏水纤维素纸及其制备方法。

背景技术

随着时代工业化的发展，企业产生越来越多的工业废水和废液，其面广、量大、处理困难，对环境造成了极大的污染。现如今大面积水域污染日益严重，目前的防范措施无明显效果，污染范围还在扩张。石油及其副产物、金属盐及酸碱液、农用有毒残留物、有机废水及生活污水及固体废物等污染物是主要的污染环境的污染物，因此研发一款制备流程简易易控，兼顾高回收利用率且对环境无污染的除污材料迫在眉睫。其中由于具有生物可降解、可再生、吸湿性、经济性等优良性能，纤维素纸材料已成为处理这种问题的首选材料之一。

纸基超疏水在最近几十年已经得到了广泛的应用。制备超疏水有许多方法，例如模板法、分层组装法、喷涂法、光刻法、等离子体处理和蜡印方法。这些方法制得的超疏水材料存在诸多缺点，如需要消耗昂贵的材料和高精度大型设备；材料耐久性差，不耐腐蚀；生产环节复杂，操作不便，增大了生产成本；只适用于特定的基材等。例如，中国专利CN113789682A公开了一种用于油水分离的超疏水滤纸的制备方法，选取了对环境无公害的天然棉纤维为基础原料，但制备工艺复杂、制作流程较为繁琐。

此外，随着技术的发展，单一功能的纸基超疏水材料越来越无法满足市场需求。为此，中国专利CN111375320A公开了一种本发明涉及在纤维膜表面制备超疏水涂层的制备方法，选取了复合纤维素膜以及碳纳米管作为基础原料，得到了一种具有导电效果的超疏水表面。其具有油水分离的功能但并未拥有一定的光催化降解能力，不利于对环境的保护。

此外，相关研究表明，具有一定超疏水能力的导电材料在应用领域具有十分重要的意义，然而并未得到人们足够的重视。为了适应发展需要，设计一种工艺简单，并且经济实用的油水分离且具有光催化降解性能的材料是十分有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种可用于油水分离且具有光催化降解性能的导电超疏水纤维素纸及其制备方法，采用该方法制得的导电超疏水纤维素纸同时具有光催化、油水分离功能，并且制备工艺简单。

本发明通过下述方案实现：一种导电超疏水纤维素纸及其制备方法，该方法包括如下步骤：

S1、将石墨烯碳浆涂覆在纤维素膜单面，放入100℃的烘箱中烘干2h；

S2、将S1中获得的导电纤维素纸取出，浸泡在不同浓度的Co(NO3)2溶液中5min；

S3、将S2中获得的导电纤维素纸取出，除去导电纤维素纸表面残液，再放入对苯二甲酸钠溶液中，浸泡5s；

S4、将S3获得的导电纤维素纸取出，除去其表面残液，再放入低表面能剂溶液中，浸泡5min；

S5、将S4获得的导电纤维素纸取出，干燥至导电纤维素纸表面同时附着氢氧化钴和氧化钴。

上述技术方案中，采用浸泡法，以重金属盐溶液与有机碱性溶液发生沉淀反应为原理在导电纤维素纸表面原位生长微米级结构，并通过浸泡低表面能剂来降低导电纤维素纸表面能。此外，导电纤维素纸表面所沉积的微纳结构还具有一定的光催化降解性能，在1000W/m2作用的光照的条件下对有机染料具有较强的氧化还原能力，从而可以达到净化污染水的目的。

本发明制得的导电超疏水纤维素纸同时具有油水分离和光催化降解性能，满足市场需求，并且制备工艺简单、便捷、成本低、对环境影响小，反应条件温和，对反应设备要求低，可大规模生产。

具体地，步骤S2中，Co(NO3)2溶液的浓度为0～0.7mol/L。浓度过低，产生的沉淀分布不够均匀；浓度过高，产生的沉淀容易络合团聚在一起，最终局部富集。

上述技术方案中，合适的浓度以及配比可以使得导电纤维素纸表面生产的沉淀均匀度好，微结构空间适宜，一方面可以与导电纤维素纸结合牢固，第二方面，能够为低表面能剂提供足够的支撑和适宜的空间，保证其疏水性能可靠，第三方面，能够使得干燥处理后的滤纸表面的氢氧化钴和氧化钴分布尽量均匀，进而有效发挥各自的功效。

优选地，步骤S3中，所述低表面能剂为硬脂酸(STA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)、氟代癸基多面体低聚倍半硅氧烷(F-POSS)、二十烷、八异丁基多面体寡聚倍半硅氧烷(IB-POSS)、氟辛基多面体寡聚倍半硅氧烷(FOO-POSS)中的任意一种。

进一步地，步骤S3中，所述低表面能剂浓度为10g/L。

优选地，步骤S4中，干燥过程为：自然干燥9～12h，或者在50～90℃下烘干1～2h。

上述技术方案中，两种干燥条件都能获得合适的氢氧化钴和氧化钴配比，进而保证导电超疏水纤维素纸的光催化降解性能。

具体地，步骤S4中，所述导电超疏水纤维素纸上氧化钴的质量比为60％～80％。

本发明第二方面提供一种可用于油水分离具有光催化降解性能的导电超疏水纤维素纸，该导电超疏水纤维素纸由上述的制备方法制得。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用了涂覆法与浸泡法，以石墨烯碳浆涂覆在纤维素纸的一侧，从而获得导电性能；之后以金属盐溶液与有机碱性溶液发生沉淀反应为原理在其导电纤维素纸表面沉淀微米级结构，并通过浸泡低表面能剂来降低滤纸表面能，制备工艺简单、便捷、成本低、对环境影响小，反应条件温和，对反应设备要求低，可大规模生产；

2、本发明采用原料绿色环保，来源广泛，可进行油水分离；

3、本发明制备技术简单易控，无需昂贵仪器，且可根据需求在其表面附着不同的改性层赋予改性纤维素纸更多性能；

4、本发明制得的纤维素纸具有优异的超疏水性能，其接触角可达165±2°；

5、本发明的导电超疏水纤维素纸不仅具有导电性能，还可应用于不同油污污染过的水体，达到油水分离的效果；

6、本发明制得的纤维素纸同时具有导电超疏水性能、光催化降解性能以及油水分离等性能，满足市场需求，并且制备工艺简单、便捷、成本低、对环境影响小，反应条件温和，对反应设备要求低，可大规模生产。

附图说明

图1为电性能稳定测试图。

图2为暗吸附与光催化降解性能图。

图3为油水分离性能测试图。

具体实施方式

下面结合图1-3对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关***或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

各实施例中，Co(NO3)2溶液的制备方法为：取Co(NO3)2和去离子水，分批往Co(NO3)2中加入去离子水，使用玻璃棒搅拌溶解至无颗粒后，再将剩余溶液全部倒入即得；

对苯二甲酸钠溶液的制备方法为：取对苯二甲酸、氢氧化钠和去离子水，分多次将去离子水倒入对苯二甲酸和氢氧化钠中混合，在室温待其冷却即得；

硬脂酸溶液的制备方法为：取硬脂酸和无水乙醇，混合经超声处理20min，并于磁力搅拌器中搅拌20min后即得。

实施例1制备可用于油水分离具有光催化降解性能的导电超疏水纤维素纸

表1各实施组合对照组的参数

制备过程为：将各溶液与数片合适大小的导电纤维素纸置于于无尘箱中，然后将依次浸入Co(NO3)2溶液，取出吸除表面残余液体后再浸入对苯二甲酸钠溶液5s，取出吸除表面残余液体后，再浸入硬脂酸溶液中，取出干燥。

实施例2性能检测

一、电稳定性能测试

由于导电纤维素纸一面涂覆石墨烯碳浆使其具备导电性能。对改性的导电超疏水纤维素纸进行70分钟的电稳定性能测试，将其连接电源测试，结果如图1所示。该导电超疏水纤维素纸在所测的70分钟内保持较高的稳定性。

二、光催化降解性能测试

以亚甲基蓝溶液为降解指示剂，将改性的导电超疏水纤维素纸放入配好的亚甲基蓝溶液中，以半个小时为一次取点，对比降解速率，我们发现该导电超疏水纤维素膜具有一定的光催化降解性能。结果如图2所示

三、油水分离性能测试

以正己烷-水、碳酸二甲酯-水、甲苯-水、三氯甲烷-水作为本次油水分离的四中油水混合物。且以正己烷进行7次循环测试实验结果如图3所示。

由以上描述可以看出，本发明具有以下优点：兼顾优异的导电超疏水性能，还具有光催化降解性能以及油水分离性能，满足市场需求，并且制备工艺简单、便捷、成本低、对环境影响小，反应条件温和，对反应设备要求低，可大规模生产。

尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种导电超疏水纤维素纸的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将纤维素纸一面涂覆碳浆石墨烯，并于100℃的烘箱中烘干2h；

S2、将S1中获得的纤维素纸浸泡在不同浓度的Co(NO3)2溶液中5min；

S3、将S2中获得的纤维素纸取出，除去纤维素纸表面残液，再放入对苯二甲酸钠溶液中，浸泡5s；

S4、将S3获得的纤维素纸取出，除去其表面残液，再放入低表面能剂溶液中，浸泡5min；

S5、将S4获得的纤维素纸取出，50℃干燥2h。

2.根据权利要求1所述的一种导电超疏水纤维素纸的制备方法，其特征在于：步骤S2中，Co(NO3)2溶液的浓度为0～0.7mol/L。

3.根据权利要求1所述的一种导电超疏水纤维素纸的制备方法，其特征在于：步骤S3中，对苯二甲酸钠溶液的浓度为0.134mol/L。

4.根据权利要求1所述的一种导电超疏水纤维素纸的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述低表面能剂为硬脂酸(STA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTS)、氟代癸基多面体低聚倍半硅氧烷(F-POSS)、二十烷、八异丁基多面体寡聚倍半硅氧烷(IB-POSS)、氟辛基多面体寡聚倍半硅氧烷(FOO-POSS)中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种导电超疏水纤维素纸的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述低表面能剂浓度为10g/L。

6.根据权利要求1所述的一种导电超疏水纤维素纸的制备方法，其特征在于：步骤S4中，干燥过程为：在50～90℃下烘干1～2h。

7.一种导电超疏水纤维素纸，其特征在于，由根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法制得。