[发明专利]一种可控润湿性泡沫铜及其制备和多功能油水分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控润湿性泡沫铜的制备及多功能油水分离方法。

背景技术

铜作为产量仅次于钢和铝的有色金属材料，广泛用于生活生产各领域，其中，泡沫铜作为铜的一种新的存在形式，是以铜为基体内部均匀分布着大量连通或封闭孔洞的三维多孔新型多功能材料，具有高孔隙率、高比表面积、高比强度以及阻尼减震、吸声、吸能、导电、散热、电磁屏蔽、缓流等特性，在工业、建筑、电子、光学、航空、医疗、化工等各领域作为吸能材料、结构材料、吸附材料、过滤材料等得到广泛应用。

目前，铜表面的特殊润湿性处理方法越来越多，主要包括位错刻蚀法、表面氧化法、模板法、电化学法等，通过这些方法在表面生成粗糙结构，最后在其表面接枝低表面能物质获得超疏水性。常用的改性剂以聚四氟乙烯、硫醇、脂肪酸、硅烷偶联剂、氟硅烷等为主。聚四氟乙烯虽然耐高温、耐酸碱腐蚀，但其与金属基之间的膜基结合以喷涂、等离子技术为主，膜基结合力较弱，成本高。硫醇存在自组装功能，易改变表面粗糙形貌，且具有毒性，对人体有一定伤害。饱和脂肪酸如月桂酸、肉豆蔻酸和硬脂酸等价格较低，是常用的表面活性剂，但其修饰存在一定的不均匀性，表面多余修饰物不易清洗，且易改变表面粗糙结构。硅烷偶联剂包含可水解的烷氧基和烷基(或氨基、巯基等)，虽然水解后可在有机、无机界面之间形成“分子桥”，在无机金属基表面覆盖特殊官能团，改善表面性能，但是偶联剂的水解存在不稳定性，限制了其工业化进程。氟硅烷作为一种特殊的硅烷偶联剂，引入氟原子包围在碳链周围，显著降低了表面能，但是其价格昂贵，不适应大规模应用。

经粗糙化和低表面能物质改性的网状或孔状材料可获得超疏水特性，可用于油水分离。但是，这种材料多数只能对密度比水小的油类物质进行分离，很难对含有密度比水大的油的油水混合物进行有效分离。

发明内容

本发明提供一种可控润湿性泡沫铜及其制备和油水分离方法。本发明采用简单的电化学氧化法，在三维多孔泡沫铜筋络表面构建特殊微结构，获得超双亲特性，并据此进行润湿性调控，进而用于分离多种类别的油水混合物。

本发明采用如下技术方案：一种可控润湿性泡沫铜，在活化处理后三维通孔泡沫铜表面通过电化学法生成绒毛状的氢氧化铜纳米针微纳复合结构，所述的可控润湿性泡沫铜在水完全润湿表面时，油性液体接触角为100～140°；在油性液体完全润湿表面时，水滴接触角为100～140°；在所述的可控润湿性泡沫铜完全浸泡在水中时，油滴接触角为155～170°，滚动角为3-8°；反之，完全浸泡在油中时，水滴接触角为158～171°，滚动角为2～4°；无水乙醇涮洗吹干后恢复超双亲状态。

所述的三维通孔泡沫铜的厚度为1～3mm，孔径尺寸为400～1500μm。

所述的可控润湿性泡沫铜的制备方法，所述方法包括下列步骤：

(1)泡沫铜前处理：将三维通孔泡沫铜分别使用丙酮和乙醇超声清洗氮气吹干后浸入稀盐酸中去除表面的氧化膜，并活化泡沫铜筋络表面，取出后分别用稀碱溶液、去离子水洗净，氮气吹干；

(2)泡沫铜筋络表面电化学粗糙化：将步骤(1)得到的泡沫铜作为阳极，以尺寸相同的纯铜片作为阴极，插入浓度为0.3～3mol/L的NaOH的水溶液中，室温下电化学氧化处理10～30min，两极间距5cm，电流密度为5～7mA/cm²，取出后用清水洗净烘干得到。

所述的可控润湿性泡沫铜的润湿性调控方法，使去离子水完全润湿所述的可控润湿性泡沫铜，则此时泡沫铜具有疏油特性，油性液体在其表面呈半球状，接触角为100～140面；可控润湿性泡沫铜上滴加油性液体至完全润湿后，则显示疏水特性，水滴接触角为100～140体；

将可控润湿性泡沫铜完全浸泡在水中时，则具有超疏油特性，油滴接触角为155～170泡，滚动角为3～8滚；反之，完全浸泡在油中时，水滴接触角为158～171，，滚动角为2～4滚，显示超疏水特性；

使用后放入无水乙醇中涮洗吹干后恢复原始的超双亲状态再重复用于调控润湿性。

所述的可控润湿性泡沫铜在多功能高效油水分离方法中的应用，采用水完全润湿后的泡沫铜，分离含有密度比水大的油的油水混合物，能够将油水混合物中96％以上的油类物质分离出来；采用油完全润湿性后的泡沫铜，分离含有密度比水小的油的油水混合物，能够将油水混合物中98％以上的水分离出来。

所述油类物质包括异辛烷、正己烷、十二烷、十四烷、二氯甲烷、四氯化碳、汽油、柴油、煤油、色拉油、橄榄油、花生油、大豆油、芝麻油中的任意种。