自清洁表面材料的制备
2024-08-26
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2()I 7年笫16 广 东 化 工 www.gdchern.COlll 第44卷总第354期 自清洁表面材料的制备 周子凡,梁广业 ( 【jI科 ,Ij£术 洗上1 境 化 ’j :i: : 化。’; :i: 系,r j佛ili 528000) [摘 要]自清洁表面楚弱前解决清洁f.1题的最有效、最方便、最经济的方法之 。本文主要研究了超亲水性的自清洁袭面的制备,以两性离 f聚合物的合成,以化学法和物理法修饰在玻璃基材表面.从而增强玻璃基材的亲水性 修饰后的玻璃纂材表面进行亲水性、防嚣性、透光性 等性能进行榆测。结果表明,以化学法和物理法修饰的玻璃基材表面的亲水性、防霹性、耐久性都与在紫外光催化的TiO2薄膜的性能类似,透 ){:tel-}f4'有 ‘些 足。 【关键词]自清r ̄ 4( i :超亲水:两性离予 图分类tJlTQ427.26 r史献标识码]A [史章编号]1007 1865(20I7)16-003】.O2 Preparation of Self-cleaning Surface Materials Zhou Ziifm,Liang Guangye (School of Environmental and Chemical Engineering Foshan University,Foshan 528000,China) Abstract:Sc1 cIt'.alling Sill’ifaccs is one ol’the II]OSt effective to solve the problem 0r cleanliIlgSS.nlos[con'venicnt and mOSt eCOllOlllical mcihocI¨rhis papcl’ studies the I)I_opal。alton 0f’supcl‘hydrophilic self-cleaning surfaces.synthetic zwittcrionic polylners to chemical and physical illethods modified template in the surface (1r the ghlss subsnate,thclcby enhancing the hydrophilic glass substrate.And thc glass substrate surface hydrophilicity after modiifcation Ibg.dut。ability, tt+anspaicncy and oihm propel。ties for testing,but also with the pcrl'ornlance of traditional photocatalytic Fi02 thin liIms were analyzed 1'hc|_csults shorted that the hydrophilic chemical method alad physical method template modified glass subsn g.1le stnDce fog.durabilily a rid pcIfoI’Ill ̄1.llCe|IrC similar in the ultra\iolct c a1[alysis ol I’I()2 1iIm.only slighfly translucent SOllle shortcomings Ke),words:solfc ncaning:Stipet’hydrophilic:z、 ̄ ittcl’ionic _】 找…I1 处r‘个1{-述发 的时J[j_, ‘ 『 ^楼人J 拔地 I…I洲lf. 欺的址 j 比较 ,柑yij址粉 f¨怂 十-物,f』{ 刚什 人J 的外墒f 成为 。化统 消沈 址”刈外埔材料小l¨=J 选扦1 川I'l ̄Jif 沈制进h人 洗I I。 If iJ㈠ f}. 十1十:{』 于}{ j 4 昧f 门物 ljl化。’ ,J 处川!』 jI也1'19 筑十l料,他j L 独特的物 化 j :特 ,从 J、 /J 91、ylLl I然/J i ,ijfi川1 阶 喊除上12i。 ¨消 n i 川,㈠消 涂=I=:J分 趟 水涂料干l】趔疏 爪滁 补、 fi<j1IlI川之处址,迎过水的 川I求 到I 1 i.。i的 效 …它 仃} 人的 之处,趟疏水涂料 JC疏水功能, kale 0 能 ㈠n 成 每 迎过水蛛的滚动他 }止坡瞒f 的污物 反 出 水 ii 水 近破埔 j 物 绝 破躺之4'1、。 lf'if1fIY :fI<J』 i,,出』 水涂十:l ln TiO n:紫外线I 门f1:川J卜 】‘比n 化 n0特 H】-『 m 仃14l1勿,rj放乐 f j, l} 化J 境Il1。 人 刘J f』』 、j :fI'J研亢仃J f 人『J勺突做。纤研究技脱, 胞 l-J J】I! … r J‘‘ 4 J 嘛J. l5n J麟 fJtI协 J 【圳,哒利 J^I引jIf】‘ , f 的 水 /fl 代 刈 川 缃干IjjI特 I'i9' J , 【】J’以将 掬炎fd, Ii<j illf装目- ,I 高r化介物他铺 忖 &_fjl,缃 业…类似r 眦外膜的仍 & ,他 I笔 十寸料&ill¨L仃 的 水 。小论殳, 以找f『J 地 』戊…。种 仃删 眦,{Jf门 j PI!高J 化 物,这址利t烷瓴 "烷化 物一.N..f}f Jl 氨j IlI酸哺 乙 n烷 峻 .阳fj:SINNS。 一 。 1实验部分 r}:离r化  ̄(SINNS)n0介成 n干j ,I}e峻} I J、jj. 乙 e^ “l 24 0 gflI 8.5 fi0.1ji 乙 腋 书}5.I卜反J、 ,搅 ‘,反J、 12 h,忧i-J‘以f 』 lJ—I—j、iiJ 产 物 然J JJ¨入近 的溶刷f』、j州,他 …的l} 物溶 .{】1』援 l世的 }内 【】1 2.0 g l,3 I 砷{酸 f ,搅}、r,J0..b;Z 1211,[t lJi J,If fj} I( If小 接71: ̄1f,I I 川iI体川I)4 P11 ̄ 为消沈刺,反 }j 3 久。啊 C,fl L.。 t flJt 『 粉木 1凡J 物N一 f『i 乙j.I钺J} i 脯 IJ,J J ≤ 1  ̄LI-Ij。烷侦 iq ,ttlJ slNNS t1.1 \ /、 √\, 丝 ./l二 s 、/一\, /\ 12h / 中间产物 一,一 /、+ 12h 图l N-二甲氨基乙基氨基甲酸酯基丙基三乙氧硅烷磺酸内盐(SINNS)的合成路线 Fig.I Synthetic route o1"SINNS 1.2十TlI^ J瓣 12.1 j^材的坝处 玻璃” 消洮,将玻璃”作为 舱Jl】的j 材, 常见的址破 蹦 m 』 仃 -.4 t{, 呐 验fI,'Jt?7 ,J 以 i 玻璃”J亡为 ‘ 。 l 0抄J ,以1.l2 llllII/S自0j出J I r}’,I Lj、 lJl— 】 IJ 冬 ・ l・ 2~3}, ,ltli lIJ f,1 lj J J,j j的{ }j . .j-5 ̄j,_;lf。I 2实验结果分析 2.1十寸料的红外 m 2 /\J戊的 .四r N一.i{i 』 J JII… J i;q 乙 c“} 烷似睃『~lJfll[『f0 FlrIR I l剖 九:960 cI11。 处【l-以…』 r si一()一c ¨s f门: fil l吸收【fJ : l:l040 cm I处…J抛J 伸!峻十 I,t'q:fllI “ 动l_埂【 0{ :,f『 l l()O~1O00cm 处il1 r Sl_0.(’f门 I『 f 抓 l吸 【 IIl ;r『1 1 720 Cnl 4:11 3300 Cnl。。处分ylJ}jj J J 一C=0 flI-NIl1.f门f}I1 振z。Jl贩【} J 。这 沈 tU J j fi li'l<j}r 1-『f r J J I JI :物il-ff0 消沈,J浊: it 污粉消沈一沈 ^消洗一上离r水 洗一 九水乙 消洗 J}i波 洗一太高r水消洗一 矫川。 1.2.2捉托泼进fj 涂膜 Jt J Dttl 7l 5A 5 舣 饱 t电源水… ‘个抛 机,取 分 介 小烧}1- f ,然 川火必紧 终消洗& 破』离”,以5 nlln/S fI'J J ̄ JZI l l峁, 1破确¨ ‘J、 芷没 溶液fllII,j f’≯lI ,浸泡 收稿I j I.tj】J 20l 7-06—31) 阳介】川j L(I 978.), 』j,湖』卡J人. l 研究 1.,1.一婴{i』『究 m;s ̄,tlt,l水'Htl;ti ej笛 201 7年笫16期 WWW gdchem.corn 第44卷总第354期 要琏 ,能 『{Jjft{叭合成的产物址 述坝j{_I】 的 性离 化合 斗幻SINNSI J。 2.2涂层的亲水性能 2.2.1 Glass—A的泉水 能 l冬J 3 l (a) 玻璃表面两 离J 水JjIl,通过提拉法存 过处 过的玻璃 十4 } 涂上了一J。 SINNS溶液的薄膜,住I10 摄 度烘车fi 经过1小时的烘干后,所扪撒的水接触角照片。图 (b)为未经处理过的玻璃基材表面的放人I . (c)为 处理过的玻 璃 材太 的放人图。从罔_{J可以消晰 ‘{lI,图(b)足普通玻璃, lfj于玻璃表面本身所含有的羟基数 较少.故 亲水性较鼍;圈 lc1经过 普通玻璃上涂l: 层两 离r的薄膜,其表而上的两 性离子化合物中的分子结构中有强采水 ,这种 埘十水分 r订 强的氢键结合力,使得水滴 Ⅲ能 铺展成水膜,表 脱 强的亲水性。 E ∞ 4000 3500 3O00 2500 2000 1500 1 000 500 Wavenum ber/cm’ 图2 SINNS的红外光谱 Fig.2 Infrared spectrum of SINNS (a) (b) 图3 Glass A的亲水性能 (c) 2.22 Glass—B的亲水性能 4【l}l, (a)为通过物理浊, 过2-2.1处理过的玻璃 坫材表而修饰上一 孔洞,增加表叫的卡¨糙度,从 增强玻璃农 _fli的亲水性, 炉 以500摄氏 煅烧2小时后,所拍摄的 水接触ff]的照J (b)为米处 过的玻璃垫材表而的放人 , (c)为己处 过的破璃 材表面的放人 。在图上可以消晰 , Ow是会随 H的表i rd ̄L[糙瞍的增』J『】 降低,使得基材 会变甜 l更为亲水。 (a) (b) 图4 Glass.B的亲水性能 Fig.4 14ydrophilic properties ol’Glass—B 2.3涂 的适咒性能 从 5 , 出,传统的TiO!光雠化薄膜的透光 I叶:比菏通玻璃 嘤 ,具仃增透作川。而本 验制 的SINNS处 过的透光性却 比 『1坡璃砭 ,这是值得进行改进的,J 。 空白玻璃 TlO2 S1NNS 璃破片表“仃……现J 站嚼现象, 背后艾字的清 ff{=较 这足 由] 玻璃} 1 饰J 两性离r亲水『I;!的表面县仃趟亲水_rl:,水燕 C 冷凝出米的小水滴 玻璃农 能够迅迎铡腠成一层均 Jn 水 , 从而对玻璃『fJ透过_={: 响较小 7 {1『I内玻璃表 为 边一十是迎过物理法, 边‘、卜为。 白的玻璃 川 礴 照 。… 7 n 蛇,照片右边。、{ 物 浊的 玻璃玻 未结露, 背后的艾宁消晰叮见: ” 边’ 自玻璃玻"& 【J!ljf{I脱丁结鸯现象,其背后文亨的消晰艘较 芹。玻璃 煅烧“j大遍纳米级别的微小孔洞,增JJ『]破瑞 材表面的卡n糙发,从 达到增灶 卡寸表面的亲水性 、骂 so 阁 60 400 500 600 700 波长nm 图5透光性测试 Fig.5 Transmittance Testing 2.4涂联的防嚼件 6 rI 的玻璃表面为芹边0 修饰仃 性离予化合物 SINNS.钉边‘ 为 白的破璃表 防噶 照』 『{1_ 6町 , !i{{片 边‘ r修饰仃两性离了化合物SINNS采水膜的破璃玻片 表 _i1:术结 , 背后的丈宁清晰_】J‘见; 照片信边 、卜空 坡 广62 东化工 2017年第16期 第44卷总第354期 www.gdchem.com 2.3载体处理时间对催化剂性能的影响 表3为不同处理时间的载体制备的催化剂性能测试结果。由 表3可以看出,载体处理时间对催化剂性能影响较大。当活性炭 经过质量浓度5%NaOH分别处理0.5 h、I h、2 h和3 h后,催 化剂的性能表现为:反应时间NaOH(0.5 h)>NaOH(1 h1> NaOH(3 h)>NaOH(2 h);对氯苯胺收率NaOH(2 h)>NaOH(3 h) >NaOH(1 h)>NaOH(0.5 h);脱氯率NaOH(0.5 h)>NaOH(1h)> NaOH(3 h)>NaOH(2 h)。综合对比,质量浓度5%NaOH处理2 h 5可以看出,催化剂可以重复使用4次,催化剂性能比较平稳 对氯苯胺收率在99%以上,脱氯率在0.3%以下。 表5催化剂重复使用对催化剂性能的影响 Tab.5 Effects of catalyst reusinK on the catalyst Derforlaaance 后的载体制备的催化剂性能最优。在此,选择2 h为活性炭载体 处理时间。 表3不同载体处理时间对催化剂性能的影响 Tab.3 Effects of diferent carrier treatment time on the catalyst performance 3结论 (1)活性炭载体经过HC1、HNO NaOH、Na2CO3预处理后, PffC催化剂的选择性加氢性能明显提升,其中NaOH处理效果最 好。 (2)质量浓度5%NaOH在8O℃下将活性炭载体处理2 h后制 备的Pt/C催化剂性能最优,在对氯硝基苯加氢反应中催化剂重复 使用4次,对氯苯胺收率在99%以上,脱氯率在0-3%以下。 2.4载体处理温度对催化剂性能的影响 表4为不同处理温度的载体制备的催化剂性能测试结果。由 表4可以看出,载体处理温度对催化剂性能影响较大。当活性炭 经过质量浓度5%NaOH分别在温度30℃、50℃、80℃和100℃ 下处理后,催化剂的性能表现为:反应时间NaOH(30℃ > NaOH(50℃)>NaOH(100℃)>NaOH(80℃):对氯苯胺收率 NaOH(80℃)>NaOH(1O0℃)>NaOH(50℃)>NaOH(30℃1:脱 氯率NaOH(30℃)>NaOn(50℃)>NaOHf1OO℃)> 参考文献 【1]赵波,韩文锋,霍超,等.作为催化剂载体的活性炭fJ】.化学通报,2004, 67(2):w013. NaOH(80℃)。综合对比,质量浓度5%NaOH在80℃处理的载 体制备的催化剂性能最优。在此,选择80℃为活性炭载体处理 温度。 表4不同载体处理温度对催化剂性能的影响 Tab.4 Effects of diffbrent carrier treatment temperature on the catalyst performance 【2】李晓芸,马丁,包信和.不同活性炭上Pl催化荆的分散性及其在甲基 环己烷脱氢反应中的催化性能….催化学报,2008,29(3):259.263. [3]曾永康,杨乔森,孙洁,等.活性炭载体的超声波处理对Pt/C催化刺 活性的影响分析[JJ.钛工业进展,2007,24(6):42—45. [4]汪昆平,徐乾前.几种不同处理方法对活性炭表面化学性质的影响Ⅲ.环 境工程学报,2012,6f21:373.380. 【5]陈孝云,林秀兰,魏起华,等.活性炭表面化学改性及应用研究进展 .科 学技术与工程,2008,8(19):5463—5467. [6】梅华,王欢,陈墨雨,等.Pt/C催化剂的制备及其在对氯苯胺合成中的 应用Ⅲ.工业催化,2007,l5(4):37 41. f7]Veena L Khilnani, Chandalia S B. Selective hydrogenation l para-.chloronitrobenzene to para.chloroaniline platinum on carbon as catalyst[J].Organic Process Research&Development,2001,5(31:257—262. f8]Xiaoxiang Han,Renxian Zhou,Guohua Lai,et a1.Influence ofsuppo ̄and transition metal fCr,Mn,Fe,Co,Ni and Cu)on the hydrogenation of P—chloronitrobenzene over supported platinum catalystsl-J1.Catalysis Today。 2004,93—95(1—2 :433—437. 2.5催化剂再复使用 表5为质量浓度5%NaOH在80℃下将活性炭载体处理2 h 后制备的Pt/C催化剂在对氯硝基苯加氯中的性能测试结果。由表 (本文文献格式:闫江梅,王昭文,张鹏,等.载体处理对Pt/C 催化剂的选择性加氢性能影响[J].广东化工,2017,44(16):61—62) (上接第32页) 3结论 本论文成功合成了甜菜碱型的两性离子化合物,这种两性离 子化合物拥有亲水基团,能够以静电诱导产生水合作用,从而束 缚水分子,在其表面紧密的吸附住水分子,使得形成一层水膜, 表现出强亲水性。 通过与传统的TiO2光催化薄膜进行了一系列的对比实验可 以发现,本文所制得的超亲水自清洁表面的优点在于能在室内室 外都拥有优良的防雾亲水效果,不受条件限制,用途广泛。 Fig.7 Glass—B Fog Testing 参考文献 【1]段琼娟,王彪,王华平.自清洁玻璃的研究进展『J].化工新型材料,2009, 09:11一l3. 2.5对比分析 从表l中可以看出,通过对比发现,用两性离子化合物修饰 的玻璃基材表面的亲水防雾效果较好,在室内室外都可以使用, 限制较小,用途广泛。 [2】孙旭东,张子勇.自清洁涂料的发展fJ1.涂料工业,2010,I2:65.71. [3]Berendjchi A, Khajavi R, Yazdanshenas ME. Fabrication of superhydrophobic and antibacterial surface on cotton fabric by doped 表1薄膜性能对比分析 Tab.1 Comparison and Analysis of Film silica-based sols with nanoparticles ofcopper[J1.Nanoscale research letters, 2O¨,6:594. [4】袁勃.两性离子嵌段共聚物结构设计、制备及其生物相容性研究[D].南 京大学,2Ol2. [5】张平.自清洁玻璃自清洁性能的表征方法研究[D].中国建筑材料科学 研究总院,2007. (本文文献格式:周子凡,梁广业.自清洁表面材料的制备[J].广 东化工,2017,44(16):3卜32)