一种基于花状含铁二氧化锰的可同时用于乳液分离和染料吸附的超疏水粉末的制备方法与流程

本发明属于超疏水粉末制备技术领域，特别涉及可制备可适用于乳液分离及染料吸附的简单低成本无氟超疏水粉末的方法。

背景技术：

超疏水现象在自然界存在广泛，如荷叶表面、蝴蝶翅膀、水黾腿等。超疏水材料表面对水的接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。超疏水材料具有很多独特优异的表面性能：疏水、自清洁性、防腐、抗结冰、防雾等特性，使得其在众多领域都具有巨大的应用前景。

仿生多层微纳结构的超疏水颗粒，具有良好的超疏水性，在水包油乳液中具有良好的亲油性，从而吸附油滴达到乳液分离的目的。通过结合制备材料的其他性能，可以使得超疏水颗粒具备其他性能，将超疏水性能和材料的染料吸附能力结合在一起，使得该超疏水颗粒能够同时用于乳液分离和染料吸附。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种简单、方便的工业化生产仿生花状超疏水含铁二氧化锰颗粒的方法，解决了超疏水材料制备步骤繁杂，生产成本高，实用性差的问题。将混合溶液在油浴中加热制备花状含铁二氧化锰颗粒，随后将制备的干燥的颗粒投入修饰液中修饰，获得的超疏水颗粒具备良好的乳液分离和染料吸附能力。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于花状含铁二氧化锰的可同时用于乳液分离和染料吸附的超疏水粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.花状含铁二氧化锰的制备：取一定量的二价锰盐和过硫酸铵溶于一定体积的去离子水中，在磁力搅拌下形成透明溶液，接着向上述溶液中加入一定体积的亚硫酸铁溶液，把装有三种物质的混合溶液的密闭容器转移至油浴下80℃下反应6h；待反应结束冷却至室温，通过抽滤，不断用乙醇和去离子水清洗，之后在40℃真空环境下干燥得到棕黑色粉末，从而完成花状含铁二氧化锰的制备；

b.低表面能的修饰：将步骤a中制备的粉末加入到50ml一定浓度的无氟修饰剂和乙醇混合的溶液中，在室温下磁力搅拌12h，通过过滤，真空干燥得到超疏水粉末；

c.超疏水粉末乳液分离和染料吸附能力的测试：将一定量步骤b制备的超疏水粉末分别加入一定量的水包油乳液和染料溶液中，通过超声或搅拌，过滤之后检测分离吸附效果。

进一步地，步骤a中，二价锰盐为四水合氯化锰。

进一步地，步骤a中，氯化锰、过硫酸铵和亚硫酸铁物质量之比为4.5：5：1。

进一步地，步骤a所得含铁二氧化锰颗粒的形貌为三维花状，粒径为～1μm。

进一步地，步骤b中，无氟修饰剂为硬脂酸。

进一步地，步骤b中，一定浓度的无氟修饰剂浓度为0.1m。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.工艺简单，原料易得，无毒环保，成本低廉；

2.制备的含铁二氧化锰颗粒的粒径在1μm左右且拥有花状多级结构，经硬脂酸修饰后，具有稳定的超疏水性；

3.制备的超疏水颗粒具有超疏水/超亲油性，水的接触角大于150°，滚动角均小于10°，油的接触角约为0°

4.该超疏水粉末可同时用于乳液分离和染料吸附。

附图说明

图1：实施例1所得花状超疏水含铁二氧化锰颗粒的扫描电镜图，其中，图(a)是该颗粒在30000倍电镜下的形貌，图(b)是该颗粒在50000倍电镜下的形貌。

图2：实施例1所得修饰后的二氧化锰粉末的疏水和亲油性，其中图(a)是空气中水滴接触角，图(b)是空气中油滴接触角。

图3：实施例1超疏水二氧化锰粉末对乳液分离的结果，其中图(a)是无乳化剂的柴油/水包油乳液分离前后的显微镜图片(左右)及光学图片(中)，图(b)是乳化剂稳定的异辛烷/水包油乳液分离前后的显微镜图片(左右)及光学图片(中)。

图4：实施例1超疏水二氧化锰粉末对染料吸附结果，其中图(a)是吸附过程图，图(b)是吸附前后吸光度变化图。

图5：实施例1超疏水二氧化锰粉末对染色乳液分离结果，其中图(a)是甲基蓝染色异辛烷水包油乳液分离前后光学照片，图(b)是甲基蓝染色异辛烷水包油乳液分离前后吸光度变化图，图(c)是分离前甲基蓝染色异辛烷水包油乳液显微镜图片，图(d)是分离后甲基蓝染色异辛烷水包油乳液显微镜图片。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

实施例1

(1)花状含铁二氧化锰的制备：将3.56g氯化锰和4.56g过硫酸铵溶于160ml去离子水中，在磁力搅拌下形成透明溶液一，之后，将1.11g亚硫酸铁溶于40ml去离子水中，再将亚硫酸铁溶液加入溶液一中，将混合溶液转移至密闭容器中置于80℃下反应6h,反应后冷却至室温，通过抽滤，用乙醇和去离子水分别清洗三次，之后在40℃真空环境下干燥得到棕黑色粉末，从而完成花状含铁二氧化锰的制备。

(2)低表面能的修饰：将制备的粉末加入到50ml0.1m硬脂酸和乙醇混合的溶液中，在室温下磁力搅拌12h，通过过滤，真空干燥得到超疏水粉末。

(3)乳液分离：取0.05g超疏水粉末分别加入10ml柴油和异辛烷的水包油乳液中，通过搅拌，待乳液变成清水状，通过过滤得到乳液。

(4)染料吸附：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基蓝溶液中，通过超声处理1h,过滤得到分离产物。

(5)染色乳液的分离：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基蓝染色异辛烷水包油乳液中，通过不断搅拌，待溶液变澄清，过滤得到分离产物。

实施例2

(1)花状含铁二氧化锰的制备：将1.78g氯化锰和2.28g过硫酸铵溶于80ml去离子水中，在磁力搅拌下形成透明溶液一，之后，将0.56g亚硫酸铁溶于40ml去离子水中，再将亚硫酸铁溶液加入溶液一中，将混合溶液转移至密闭容器中置于80℃下反应6h,反应后冷却至室温，通过抽滤，用乙醇和去离子水分别清洗三次，之后在40℃真空环境下干燥得到棕黑色粉末，从而完成花状含铁二氧化锰的制备。

(2)低表面能的修饰：将制备的粉末加入到50ml0.1m硬脂酸和乙醇混合的溶液中，在室温下磁力搅拌12h，通过过滤，真空干燥得到超疏水粉末。

(3)乳液分离：取0.05g超疏水粉末分别加入10ml柴油和异辛烷的水包油乳液中，通过搅拌，待乳液变成清水状，通过过滤得到乳液。

(4)染料吸附：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基蓝溶液中，通过超声处理1h,过滤得到分离产物。

(5)染色乳液的分离：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基蓝染色异辛烷水包油乳液中，通过不断搅拌，待溶液变澄清，过滤得到分离产物。

实施例3

(1)花状含铁二氧化锰的制备：将0.89g氯化锰和1.14g过硫酸铵溶于40ml去离子水中，在磁力搅拌下形成透明溶液一，之后，将0.28g亚硫酸铁溶于40ml去离子水中，再将亚硫酸铁溶液加入溶液一中，将混合溶液转移至密闭容器中置于80℃下反应6h,反应后冷却至室温，通过抽滤，用乙醇和去离子水分别清洗三次，之后在40℃真空环境下干燥得到棕黑色粉末，从而完成花状含铁二氧化锰的制备。

(2)低表面能的修饰：将制备的粉末加入到50ml0.1m硬脂酸和乙醇混合的溶液中，在室温下磁力搅拌12h，通过过滤，真空干燥得到超疏水粉末。

(3)乳液分离：取0.05g超疏水粉末分别加入10ml柴油和异辛烷的水包油乳液中，通过搅拌，待乳液变成清水状，通过过滤得到乳液。

(4)染料吸附：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基蓝溶液中，通过超声处理1h,过滤得到分离产物。

(5)染色乳液的分离：取0.05g超疏水粉末加入10ml甲基蓝染色异辛烷水包油乳液中，通过不断搅拌，待溶液变澄清，过滤得到分离产物。

本发明的制备方法包括了花状含铁二氧化锰的制备，低表面能修饰，超疏水粉末对乳液和染料的处理等步骤。该超疏水粉末具备良好的超疏水/超亲油性能，对水的接触角均大于150°，滚动角小于10°，对油的接触角约为0°，能够用于水包油乳液的分及有毒水溶性染料的吸附。本发明制备工艺简单，原料易得，无毒环保，成本低廉，稳定性强，适合大面积制备和应用，既适用于工作含油废水及有毒染料污染水体的处理，同时也适用于的工业管道运输、油水分离金属网的制备等领域。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。