一种抗油污和降解染料的复合涂层的制备方法

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1.本发明属于功能性复合涂层材料合成领域，特别是涉及抗油污和降解染料的复合涂层及其制备方法。


背景技术：

2.随着人口增长和现代工业的快速发展，生活垃圾、原油泄露以及工业生产中有机污染物的不当排放对自然界中的水资源造成严重的污染。生活废水和工厂废水里往往含有不溶于水的油类物质和可溶于水的有机染料，同时去除油污和有机染料成为目前废水处理的巨大挑战。因此，迫切需要开发具有抗油污和除染料性能的分离材料应用于废水处理领域。
3.具有特殊润湿性表面的材料具有优异的抗油污性能，能够快速高效去除水中浮油，但较难有效去除水溶性有机染料。现有采用复合技术制备出一系列可同时去除油污和有机染料的复合分离材料，但均存在制备工艺复杂、污染物去除效率低或者染料解吸后造成环境二次污染等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有抗油污和降解染料的复合材料存在制备工艺复杂、污染物去除效率低、染料解吸后造成环境二次污染的问题，提供了一种抗油污和降解染料的复合涂层的制备方法。
5.本发明一种抗油污和降解染料的复合涂层的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
6.一、将多巴胺溶解于三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中，然后添加cuso4·
5h2o和h2o2，再浸入化纤棉，搅拌获得pda@cfc；多巴胺、cuso4·
5h2o、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液与h2o2质量体积比为30-50mg：20-30mg：15-25ml：0.03-0.07ml；
7.二、将pda@cfc浸入银氨溶液，反应完成后获得ag/pda@cfc；
8.三、将苯胺和hcl溶液混合，得到混合溶液，将ag/pda@cfc浸入混合溶液中搅拌，滴加aps溶液，并充分反应获得抗油污和降解染料的复合涂层；苯胺和hcl溶液的体积比为1-1.2：620-760；aps溶液和hcl溶液的体积比为1:1-1.5。
9.本发明以化纤棉(聚酯筛网、多孔海绵、棉织物)为基材，利用聚多巴胺(pda)涂层酚羟基对ag
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的金属配位作用及还原作用生长银纳米粒子(agnps)，最后原位生长盐酸掺杂的聚苯胺(pani)。
10.本发明的优点为：采用聚多巴胺还原和苯胺原位化学氧化聚合法制备，合成工艺简单，使用非氟原料，绿色环保；本发明具有普适性，可以应用在多种基材表面；该涂层材料具有优异的超亲水/水下超疏油特性，可以有效分离各种油水混合物。pani与agnps的耦合作用使得agnps的光吸收范围变宽，增强了可见光下的光吸收能力，在可见光的照射下对有机染料的降解效率高达99.7％。
附图说明
11.图1为不同放大倍数下pani/ag/pda@cfc的sem图；
12.图2为抗油污和降解染料的复合涂层对水滴的接触角；
13.图3为抗油污和降解染料的复合涂层水下对各种有机溶剂的接触角；
14.图4为抗油污和降解染料的复合涂层对不同有机溶剂的分离通量及效率；其中a为分离通量，b为分离效率；
15.图5为抗油污和降解染料的复合涂层对甲苯/水的重复分离能力；
16.图6为甲基橙可见光催化降解的效果；其中1为光催化降解前，2为光催化降解后；
17.图7为装有甲基橙溶液的滤瓶在光催化降解前后颜色变化；
18.图8为刚果红可见光催化降解的效果；其中3为光催化降解前，4为光催化降解后；
19.图9为装有刚果红溶液的滤瓶在光催化降解前后颜色变化。
具体实施方式
20.具体实施方式一：本实施方式一种抗油污和降解染料的复合涂层的制备方法按以下步骤进行：
21.一、将多巴胺溶解于三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液中，然后添加cuso4·
5h2o和h2o2，再浸入化纤棉，搅拌获得pda@cfc；多巴胺、cuso4·
5h2o、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液与h2o2质量体积比为30-50mg：20-30mg：15-25ml：0.03-0.07ml；
22.二、将pda@cfc浸入银氨溶液，反应完成后获得ag/pda@cfc；
23.三、将苯胺和hcl溶液混合，得到混合溶液，将ag/pda@cfc浸入混合溶液中搅拌，滴加aps溶液，并充分反应获得抗油污和降解染料的复合涂层；苯胺和hcl溶液的体积比为1-1.2：620-760；aps溶液和hcl溶液的体积比为1:1-1.5。
24.本实施方式中的化纤棉也可为聚酯筛网、多孔海绵或棉织物。
25.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的浓度为50mm，使用naoh溶液调节ph至8.5。其它与具体实施方式一相同。
26.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中多巴胺与cuso4·
5h2o的质量比为0.04：0.0265。其它与具体实施方式一或二相同。
27.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液与h2o2的体积比为20：0.053。其它与具体实施方式一至三之一相同。
28.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中搅拌1h。其它与具体实施方式一至四之一相同。
29.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二银氨溶液的配制方法为：将0.1gagno3溶解在50ml水中，然后滴入氨水，直到棕色沉淀物消失。其它与具体实施方式一至五之一相同。
30.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中反应时间为12h。其它与具体实施方式一至六之一相同。
31.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中苯
胺与hcl溶液中的体积比为0.04：25，其中hcl溶液的浓度为1m。其它与具体实施方式一至七之一相同。
32.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中将ag/pda@cfc浸入混合溶液中搅拌15min。其它与具体实施方式一至八之一相同。
33.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中aps溶液的配制方法为：将0.08gaps溶解在25ml1mhcl水溶液中。其它与具体实施方式一至九之一相同。
34.实施例1、抗油污和降解染料的复合涂层的制备方法：一、将40mg多巴胺(da)溶解于20ml50mm三羟甲基氨基甲烷盐酸盐(tris-hcl)溶液(用1mnaoh溶液将ph调节至8.5))中，然后添加0.0265gcuso4·
5h2o和53.2μlh2o2，浸入化纤棉(cfc)并搅拌1h以获得pda@cfc。
35.二、将pda@cfc浸没于银氨溶液，反应12h以获得ag/pda@cfc；其中银氨溶液的配制方法为：将0.1gagno3溶解在50ml水中，然后缓慢滴入氨水，直到棕色沉淀物消失；
36.三、将40μl苯胺加入到25ml1mhcl水溶液中，得到混合溶液，将ag/pda@cfc浸没混合溶液中搅拌15分钟，逐滴添加aps溶液并充分反应24小时，获得多功能涂层材料pani/ag/pda@cfc即为抗油污和降解染料的复合涂层。aps溶液的配制方法为：0.08gaps溶解在25ml1mhcl水溶液中，
37.抗油污和降解染料的复合涂层的微观形貌表征如图1所示：图1a显示了pani/ag/pda@cfc宏观上纤维交错呈现多孔结构，图1b显示了pani/ag/pda@cfc的微观结构，聚苯胺呈现纳米纤维覆盖在ag纳米粒子表面。
38.抗油污和降解染料的复合涂层(多功能涂层材料pani/ag/pda@cfc)的润湿性能：pani/ag/pda@cfc的出色亲水性和水下超疏油性如图2所示，水滴在其表面1s内迅速浸入，呈现出色的超亲水特性。
39.pani/ag/pda@cfc对各种有机溶剂的水下油接触角如图3所示，对于高密度和低密度的有机溶剂(二氯甲烷，二氯乙烷，三氯甲烷，四氯化碳，石油醚，正己烷)的接触角，证明pani/ag/pda@cfc具有普遍的水下超疏油性能。
40.多功能涂层材料pani/ag/pda@cfc的除油污性能：如图4所示，对于各种漂浮在水面上的油污，pani/ag/pda@cfc借助其大孔径和出色的超亲水/水下超疏油润湿特性，完成了高效的油污去除。以正己烷，甲苯，二甲苯，n-甲基苯胺，大豆油，泵油，石油醚为模型，与同体积的去离子水进行了油水分离。表现出超高通量和大于99％的分离效率，证明pani/ag/pda@cfc可以实现彻底的油污去除。
41.以易挥发性的甲苯为例，图5考察了pani/ag/pda@cfc的循环清洁能力，可以发现经过10次循环分离效率基本没有变化，证明其具有良好的循环使用性。
42.多功能涂层材料pani/ag/pda@cfc的染料降解能力：pani和agnps形成的独特肖特基异质结结构可用于有机染料的可见光催化降解。可见光催化降解的效果如图6所示。甲基橙(mo)在464nm处的特征吸收峰清晰可见，经过pani-agnps异质结结构对mo的可见光催化降解后，得到一条几乎平滑的曲线，插图中可以看出，原始mo呈现橙黄色，经过可见光催化降解后的溶液呈现无色透明，经过计算464nm的吸光度，可得出pani/ag/pda@cfc对mo的可见光催化降解效率在99.7％。同理，可得出pani/ag/pda@cfc对刚果红(cr)的可见光催化降解效率在99.3％。