一种具有光催化和油水分离性能的超疏水织物及其制备方法与应用

本发明涉及织物，更具体地，涉及一种具有光催化和油水分离性能的超疏水织物及其制备方法与应用。

背景技术：

1、工业废水的随意排放产生了重大的生态风险，威胁着人类健康，而海上漏油事故则造成了严重的环境污染和能源损失。物理吸附、化学降解、原位燃烧、重力分离等传统的污水处理方法虽然适用于油水分离，但存在着工艺复杂、设备笨重、成本高、分离效率相对较低、甚至导致二次污染的问题。因此，开发一种制备方法简单、能高效可持续进行油水分离的功能材料极为重要。

2、超疏水多孔材料凭借独特的润湿性，在油水分离领域备受重视。超疏水材料的制备是微纳尺度粗糙结构及低表面能物质协同作用的结果。该类材料存在以下技术问题：制备过程昂贵，需要专门的设备，成本高，如光刻、反应离子蚀刻、气相沉积、纳米印迹和静电纺丝；常使用含氟物质对其改性，降低表面能，威胁生态健康；制备工艺复杂，粗糙表面的构筑和表面改性多分步进行；产品实际应用价值小，微纳粗糙结构与基底材料之间少以化学键连接，稳定性差。此外，非挥发油和有机污染物在分离过程中会污染超疏水材料，影响其表面性能和可回收性。

3、因此，开发一种制备方法简便、性能稳定，可进行高通量、高效率油水分离的自清洁材料，是目前面临的巨大挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有光催化和油水分离性能的超疏水织物及其制备方法与应用，该制备方法操作简单、成本低，光催化功能集成超疏水织物稳定性高、油水分离效率高、油通量高，且具备良好的光照自清洁性能。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种具有光催化和油水分离性能的超疏水织物的制备方法，包括以下步骤：将聚酯织物浸渍在有机溶剂的水溶液中，并加入结构试剂进行水解缩合，以生成硅钛杂化纳米丝并原位生长在所述聚酯织物的表面上，得到所述超疏水织物；其中，所述结构试剂为钛前驱体与烷基氯硅烷和/或烷基硅氧烷。

4、可选的，所述硅钛杂化纳米丝的直径为40nm～80nm，长度≥500nm。

5、可选的，所述烷基氯硅烷和所述烷基硅氧烷中烷基链的长度分别为1-18个碳。

6、可选的，所述烷基氯硅烷和所述烷基硅氧烷中烷基链包括甲基、乙基、丙基、己基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、十六烷基、十八烷基中的一种。

7、可选的，所述烷基氯硅烷和所述烷基硅氧烷分别为1-18个碳的三氯硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三异丙氧基硅烷、三正丙氧基硅烷、三正丁氧基硅烷、三乙酰氧基硅烷中的一种或两种以上。

8、可选的，所述钛前驱体具备4个官能度。

9、可选的，所述钛前驱体包括钛酸四正丁酯、钛酸四异丁酯、异丙醇钛和正丙醇钛中的一种或两种以上。

10、可选的，所述烷基氯硅烷和/或所述烷基硅氧烷与钛前驱体的体积比为80：(1～20)。优选的，所述烷基氯硅烷和/或所述烷基硅氧烷与钛前驱体的体积比为80：(1～10)

11、可选的，所述结构试剂与有机溶剂的体积比为(81ul～100ul)：85ml。优选的，所述结构试剂与有机溶剂的体积比为(81ul～90ul)：85ml。

12、可选的，所述有机溶剂的体积与聚酯织物的面积比为85ml:(10cm2～40cm2)。优选的，所述有机溶剂的体积与聚酯织物的面积比为85ml:20cm2。

13、可选的，所述有机溶剂的水溶液中水的浓度为50ppm～500ppm。优选的，浓度为100ppm～200ppm.

14、可选的，有机溶剂包括甲苯、氯苯、对二甲苯、正丁基苯、氯仿、丙酮、正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十六烷、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷和1，1，2，2-四氯乙烷中的一种或两种以上。

15、可选的，有机溶剂的水溶液的配置包括以下步骤：

16、(1)配置浓度为250ppm～300ppm的第一溶液，密封静置。

17、(2)向所述有机溶剂中加入分子筛，密封静置12h以上，得到浓度为5ppm～10ppm的第二溶液。

18、(3)将第一溶液和第二溶液按照体积比为3:14～16:1混合，优选8:9～12:5得到所述有机溶剂的水溶液。

19、可选的，所述浸渍的时间为0min～60min，优选15min～45min；所述浸渍的温度为10℃～40℃，优选20℃～30℃。

20、可选的，所述水解缩合的时间为1h～24h，优选6h～12h；所述水解缩合的温度为10℃～40℃，优选20℃～30℃。

21、可选的，聚酯织物在浸渍到有机溶剂的水溶液之前，需对聚酯织物进行预处理，具体包括以下步骤：将聚酯织物在乙醇中超声清洗1次～5次，每次5min～20min，清洗后在30℃～60℃下干燥10min～60min。优选的，超声清洗次数为3次，每次15min，清洗后40℃下干燥30min。

22、可选的，制备方法还包括：将表面原位生长有硅钛杂化纳米丝的超疏水织物浸泡在正己烷溶剂中5min～60min，再于10℃～40℃条件下自然晾干5min～60min。优选的，将表面原位生长有硅钛杂化纳米丝的超疏水织物浸泡在正己烷溶剂中10min～20min，再于20℃～30℃条件下自然晾干15min～30min。

23、本发明还公开了一种如上述的制备方法制备得到的具有光催化和油水分离性能的超疏水织物。

24、本发明还公开了一种如上述的制备方法制备得到的具有光催化和油水分离性能的超疏水织物，或如上述的具有光催化和油水分离性能的超疏水织物在高通量油水分离中的应用。

25、可选的，油为煤油、大豆油等生活用油及甲苯、正己烷、二氯甲烷等常见的溶剂油，其与水的混合物均具有良好的分离效果，其中油的粘度越低，分离速度越快，即通量越大。

26、可选的，应用方法包括：将制备所得的具有光催化和油水分离性能的超疏水织物放置在油水分离装置的特定位置上，通过油水混合物与具有光催化和油水分离性能的超疏水织物的接触，从而实现分离；其中，油水分离装置为重力驱动型。

27、本发明制备方法的简单性、成本效率和高通量使其成为赋予各种衬底和器件超疏水性的实用方法，为超疏水表面的构筑提供了新的可能。

28、本发明利用烷基氯硅烷和/或烷基硅氧烷及钛前驱体在一定水含量有机溶剂中的可控水解及缩合反应，实现了硅钛杂化纳米丝在聚酯织物表面的原位生长，简化了光催化功能集成超疏水织物的制备，并用于油水分离，得到的具有光催化和油水分离性能的超疏水织物具有较高的油水分离效率、油通量和光驱动自清洗性能，在石油污染处理、自清洁表面和脱盐等方面具有广阔的应用前景。

29、实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

30、1.本发明的制备工艺简单，仅以烷基氯硅烷和/或烷基硅氧烷及钛前驱体在含少量水的有机溶剂中可控水解及缩合反应制备硅钛杂化纳米丝，通过提前将聚酯织物浸渍在对应的有机溶剂即可获得具有光催化和油水分离性能的超疏水织物，无需额外添加固化剂、粘合剂等其他结构模板组分，反应体系简单，反应后溶剂杂质较少，仅需通过过滤等简单操作即可实现循环使用，满足经济、环保的要求。

31、2.本发明的制备条件温和，在常温下，通过简单搅拌和浸渍即可实现具有光催化和油水分离性能的超疏水织物的制备，不需要依赖复杂的生产设备，制备得到的超疏水织物可直接从体系转移分离，洗涤晾干后即可用于油水分离。

32、3.本发明制备所得的硅钛杂化纳米丝长径比大且呈无规形貌，在聚酯织物表面易于形成粗糙的多级结构，同时结构试剂中的烷基链赋予了纳米丝低表面能，使得基于硅钛杂化纳米丝构筑的涂层织物具有理想的超疏水性能；另外氧化钛的掺杂使织物具备了光催化活性，可成功降解表面的有机污染物。

33、4.本发明制备所得具有光催化和油水分离性能的超疏水织物具备优异的超疏水性能和油水分离性能，水的接触角大于155°，油通量最高可达41358l/(m2·h)，分离效率高至99％以上，且可循环多次使用，性能稳定。

34、5.本发明制备得到的具有光催化和油水分离性能的超疏水织物具备良好的光催化自清洁性能，光照可有效降解表面的有机污染物，实现回收再利用。