超疏水多孔材料的制備及性能研究.pdf

1、材料的潤(rùn)濕性作為其表面的性質(zhì)之一，通常用宏觀量靜態(tài)接觸角來(lái)表達(dá)。隨著人們生活的需要及國(guó)防科技的迅速發(fā)展，具有獨(dú)特浸潤(rùn)性的超疏水材料（靜態(tài)接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°）引起科研工作者的廣泛關(guān)注。受“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā)，人們總結(jié)出固體表面的浸潤(rùn)性由表面形貌和表面化學(xué)組成共同決定。因此得到了制備超疏水材料的思路:一是直接在低表面能的物質(zhì)表面構(gòu)筑微納結(jié)構(gòu)，二是用低表面能的物質(zhì)修飾具有微納結(jié)構(gòu)的表面。目前應(yīng)用于制備超疏水表面的方法有層層組裝

2、、等離子體刻蝕、電化學(xué)沉積、物理-化學(xué)氣相沉積、化學(xué)刻蝕、噴涂、溶膠凝膠及靜電紡絲法等，雖然這些方法拓展了超疏水表面的應(yīng)用及發(fā)展，依舊存在制備步驟復(fù)雜、設(shè)備要求高、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題。因此尋找一種簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于操作的制備方法很有意義。另外，目前制備的超疏水材料僅僅是表面疏水，對(duì)于多孔材料而言，孔內(nèi)疏水也是一個(gè)很有意義的研究目標(biāo)。
　　本論文采用全新的方法制備超疏水材料，即添加造孔劑法、原位水熱法和一步浸漬法制備多孔陶瓷載體和超

3、疏水表面，首先以宏觀氣孔率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，篩選了制備多孔陶瓷的材料及條件，隨后以微觀比表面積為衡量標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得到較優(yōu)的制備多孔陶瓷的條件。最后考察了各個(gè)因素對(duì)原位合成氧化鈰形貌的影響，同時(shí)開(kāi)展了復(fù)合材料孔內(nèi)疏水的驗(yàn)證和穩(wěn)定性的研究。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下:
　　(1)ZrO2-SiO2基多孔陶瓷載體的制備
　　采用添加造孔劑的方法制備了ZrO2-SiO2基多孔陶瓷載體?？疾炝斯橇戏N類、焙燒溫度、造孔劑粒徑、造孔劑用量對(duì)多孔陶瓷

4、載體性能的影響并通過(guò)熱重曲線制定了燒結(jié)程序，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定了制備ZrO2-SiO2基多孔陶瓷載體的最優(yōu)工藝條件:以ZrO2和SiO2為基質(zhì)原料，用量為55％;微晶纖維素為造孔劑，用量為45％; AlPO4為粘結(jié)劑，用量為5％;焙燒溫度為900℃;焙燒時(shí)間為2h。最優(yōu)工藝條件下制備的ZrO2-SiO2基多孔陶瓷載體的相關(guān)參數(shù):氣孔率為72.62％，比表面積為80.20m2/g，平均孔徑為30.54nm，孔容為0.6122mL/g。

5、>　　(2)CeO2微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑
　　采用原位水熱法在優(yōu)化得到的ZrO2-SiO2基多孔陶瓷表面構(gòu)筑CeO2微納結(jié)構(gòu)?？疾炝司Щ瘻囟?、晶化時(shí)間、模板劑及沉淀劑等因素對(duì)氧化鈰形貌及氧化鈰分布均勻性的影響。尿素做沉淀劑，得到納米簇狀結(jié)構(gòu);氨水做沉淀劑，得到花狀結(jié)構(gòu)，該CeO2/ZrO2-SiO2復(fù)合材料的相關(guān)參數(shù):氣孔率為70.27％，比表面積為83.36m2/g，平均孔徑為29.52nm，孔容為0.3199mL/g。
　　(

6、3)疏水化及穩(wěn)定性測(cè)試
　　用低濃度的低表面能物質(zhì)PFDTES處理CeO2/ZrO2-SiO2復(fù)合材料，得到靜態(tài)接觸角大于150°，滾動(dòng)角接近0°的超疏水復(fù)合材料。通過(guò)自制裝置，對(duì)比親疏水材料的吸水率，對(duì)材料孔內(nèi)疏水做了驗(yàn)證。具有氧化鈰微納結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在800℃空氣氣氛處理8h，花狀結(jié)構(gòu)能夠很好的保持，說(shuō)明該材料具有良好的熱穩(wěn)定性。我們通過(guò)接觸角的變化衡量超疏水材料的穩(wěn)定性，即將超疏水材料置于pH=1和pH=13的強(qiáng)酸堿溶液中，