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坚固，耐用，可量产的氟接枝石墨烯基超疏水涂层在恶劣环境下有效的油/水分离

阅读：384发布：2020-05-11

专利汇可以提供坚固，耐用，可量产的氟接枝石墨烯基超疏水涂层在恶劣环境下有效的油/水分离专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是坚固，耐用，可量产的氟接枝石墨烯基超疏水涂层在恶劣环境下有效的油/水分离。利用简单，低成本，高效和易于扩大生产的方法制备具有特殊润湿性的材料，将其用于苛刻条件下的有效的油/水分离仍然是一个巨大的挑战。本申请利用简单的浸涂方法制备了氟接枝的石墨烯基涂层。这种涂层可以耐受苛刻的实际环境，如沸水，高酸，高碱和饱和盐溶液。涂覆的泡沫可以吸收油/水混合物中的油，且具有很高的吸收能力。重要的是，仅在重力作用下，涂覆的膜可有效的分离表面活性剂稳定的油包水乳液，具有高的循环性能和极大的通量。该涂料的卓越性能(包括耐久性，可回收性，可量产性和耐恶劣环境等)突显了其在乳液分离和清理溢油方面的实际应用。，下面是坚固，耐用，可量产的氟接枝石墨烯基超疏水涂层在恶劣环境下有效的油/水分离专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种可在恶劣环境下分离油/水的全氟烷基接枝石墨烯复合涂层，其特征在于，包括：基底、氧化1-芘丁酸粘结层、全氟烷基接枝石墨烯涂层；其中，
所述f-rGO、OPBA的质量比为1:0.5，其中，f-rGO即为全氟烷基接枝石墨烯，OPBA即为氧化1-芘丁酸；
所述基底为聚丙烯膜、棉布或聚氨酯泡沫，基底的质量为复合涂层总质量的90％～
95％；
所述全氟烷基接枝石墨烯复合涂层的制备方法包括：
将f-rGO分散液与OPBA分散液混合均匀，得混合液；
将基底材料浸入上述混合液浸涂均匀，干燥，即得；
所述混合溶液中，f-rGO的质量浓度为0.06～0.066mg/ml，所述OPBA的质量浓度为0.03～0.033mg/ml；
所述混合液的溶质为乙醇。

说明书全文

坚固，耐用，可量产的氟接枝石墨烯基超疏水涂层在恶劣环境

下有效的油/水分离

技术领域

[0001] 本发明属于油水分离领域，特别涉及坚固，耐用，可量产的氟接枝石墨烯基超疏水涂层在恶劣环境下有效的油/水分离。

背景技术

[0002] 归因于日益增长的工业油污水以及频繁的溢油事故，油水分离已经成为一个全球性问题。传统的油水分离技术，例如离心，滤油器，浮选和聚沉等，由于其低分离效率，能源成本和复杂的分离仪器而在实际应用中受限。此外，这些技术不能有效地进行油水分离。设计制备具有特殊润湿性的材料是有效分离油水混合物的一种有效方法。在这些材料中，超疏水超亲油材料证明是很好的候选物。基于此，人们已经采用不同的方法(光刻，电沉积，胶体组装，化学气相沉积和静电纺丝等)制备了具有极佳防水性能的人造表面。例如，Lin等报道了具有单向油输送能力的双层超双疏/超疏水-亲油性的纳米纤维膜。Yu等合成了多孔配位聚合物作为涂层，以从水中吸收油。我们组通过控制无规共聚物各组分的含量，制备了具有pH响应性的油水分离涂层；也通过静电纺丝的方法制备了用于油水分离的自修复薄膜。然而，尽管已经在表面润湿行为方面取得了许多进展，但这些成果具有一些限制，例如复杂和耗时的制备以及试剂和设备的高成本，这限制了实际应用。

[0003] 除了上述限制外，因为在机械加工，冶金，运输，石油工业等中通常遇到乳液，所以设计机械性能稳定和对复杂环境具有抵抗性的材料用于分离乳化油/水混合物也是非常重要的。Feng等制备了一种水凝胶涂附的滤纸，可以在高度酸性，碱性和盐的环境中分离油/水乳液。然而，该膜的主要缺点是其环境适应性弱，这是因为水凝胶吸水后，容易溶胀并变软。Kanamori等合成了各种棉花糖状的凝胶基于烷氧基硅烷上，用于在相对高的温度下吸收有机溶剂。但是这种凝胶不能分离油水乳液。尽管Jin等制备了一种单壁碳纳米管膜用于分离油包水乳液，通量高达100 000L m-2h-1bar-1且分离效率>99.95％。但是单壁碳纳米管的高成本和外加的压力限制了这种薄膜仅适用于实验室分离装置。因此，通过经济有效和简单的制造工艺制备新颖稳定的超疏水表面仍然是重要的需求，其预期不仅在恶劣的实际条件下是稳定的，而且还要完全分离油/水混合物，特别是用于表面活性剂稳定的油/水乳液。

发明内容

[0004] 为了克服上述不足，本发明提供一种可在恶劣环境下分离油/水的全氟烷基接枝石墨烯复合涂层。通过低成本和溶液浸泡可生产的浸涂方法，由氟接枝石墨烯(f-rGO)和氧化1-芘丁酸(OPBA)作为分子胶组成的涂层可以密集地粘附在商业材料如聚丙烯(PP)膜，棉布和聚氨酯(PU)泡沫(图1)。与以前报道的超润湿材料相比，我们的超疏水涂层具有更广泛的优点，包括在基材上极强的粘合强度和对高酸性，碱性和饱和盐溶液的优异排斥性以及经济和方便的制备方法。更重要的是，涂覆膜表现出仅在重力作用下具有极强表面活性剂稳定的油包水乳液的高分离效率以及极大的分离通量。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 本发明提供了全氟烷基接枝石墨烯涂层(f-rGO)在恶劣环境下分离油/水中应用。

[0007] 本发明还提供了一种可在恶劣环境下分离油/水的全氟烷基接枝石墨烯复合涂层，包括：

[0008] 基底；

[0009] 氧化1-芘丁酸(OPBA)粘结层；

[0010] 全氟烷基接枝石墨烯涂层f-rGO。

[0011] 优选的，所述基底为聚丙烯(PP)膜、棉布或聚氨酯(PU)泡沫。

[0012] 优选的，所述f-rGO、OPBA的质量比为1:0.35～0.5，最优选的，所述f-rGO、OPBA的质量比为1：0.5。

[0013] 优选的，所述基底的质量为复合涂层总质量的90％～95％，研究发现：当涂层的重量达总重量的5％以上时，可获得预期的油水分离性能。

[0014] 本发明还提供了一种可在恶劣环境下分离油/水的全氟烷基接枝石墨烯复合涂层的制备方法，包括：

[0015] 将全氟烷基接枝石墨烯f-rGO分散液与氧化1-芘丁酸(OPBA)分散液混合均匀，得混合液；

[0016] 将基底材料浸入上述混合液浸涂均匀，干燥，即得。

[0017] 优选的，所述混合溶液中，f-rGO的质量浓度为0.06～0.066mg/ml，所述OPBA的质量浓度为0.03～0.033mg/ml。

[0018] 优选的，所述混合液的溶质为乙醇。

[0019] 优选的，所述基底材料为聚丙烯(PP)膜、棉布或聚氨酯(PU)泡沫。

[0020] 本发明还提供了任一上述方法制备的可在恶劣环境下分离油/水的全氟烷基接枝石墨烯复合涂层。如图1所示。在此过程中，OPBA用作连接f-rGO和不同底物的分子胶水。涂层易于扩大制备，并且可以容忍恶劣的实际环境。

[0021] 本发明的有益效果

[0022] (1)本发明通过简单的浸涂方法，使用OPBA作为分子胶粘水将氟接枝的石墨烯黏附到包括商业PP膜，棉布和PU泡沫上制备出多功能的超疏水超亲油材料。且这些材料可以耐受苛刻的实际条件，如沸水，强酸，强碱和饱和盐溶液。重要的是，仅在重力下，涂覆的PP膜可以高效地分离表面活性剂稳定的油包水乳液，并且有着极高的分离通量。此外，涂覆的PU泡沫体也具有高的吸油能力和可循环性能。本发明通过此种方法制备涂层方法可以有效地分离一系列表面活性剂稳定的乳液和清理工业和日常生活中产生的溢油。

[0023] (2)本发明制备方法简单、分离效率高、实用性强，易于推广。附图说明

[0024] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

[0025] 图1是f-rGO/OPBA涂层在不同基材上的制备过程示意图。

[0026] 图2是不同涂层状态图，其中，(a)是不同质量比的f-rGO/OPBA涂层的水接触角(CA)变化；(b)、(c)是未涂覆的PP膜和f-rGO/OPBA浸涂的PP膜的SEM图像；(d)是将水滴滴在未涂覆的PP膜上的动态接触角测量图：(f)是将己烷液滴滴在涂覆的PP膜上的动态接触角测量图；(e)、(g)分别是在空气(e)和正己烷(g)中分别将水滴滴在涂覆的PP膜上的动态接触角测量图。

[0027] 图3是f-rGO成功合成的表征图。其中(a)是XRD图；(b)是傅里叶红外图；(c)是EDS图。

[0028] 图4是PP膜和f-rGO/OPBA涂覆PP膜的TGA测试图。

[0029] 图5是不同涂膜的性能测试图，其中，(a)是f-rGO/OPBA涂层PP膜在快速搅拌下浸入100℃热水中的稳定性图；(b)是当在腐蚀性溶剂如6M HCl，6M NaOH和饱和NaCl溶液中浸泡24小时时，涂覆的PP膜的水CA测量值；其插图是在涂覆的PP膜上的6M HCl，6M NaOH和饱和NaCl液滴的照片；(c)是用手摩擦1000次涂覆的PP膜的机械耐久性；其插图是机械摩擦1000次后的照片；(d)是在油(例如正己烷和二氯甲烷)下涂覆的PP膜的稳定性图；其插图是在油下涂覆的PP膜上的水滴的照片。

[0030] 图6是f-rGO/OPBA涂层PP膜油包水乳液分离测试图。其中，(a)是二氯甲烷包水乳液分离过程；(b)，(c)，(d)分别是二氯甲烷包水，甲苯包水以及花生油包水乳液分离前后的DLS测试图。

[0031] 图7是包水乳液实验分析图；其中，(a)是过滤前后的span80稳定的花生油包水乳液的光学显微镜图像；(b)、(c)分别是对span80稳定的三氯甲烷包水乳液(b)和span80稳定的汽油包水乳液(c)进行过滤之前和之后(插图)的液滴尺寸的DLS测试图；(d)是通过使用span80稳定的二氯甲烷包水乳液作为示例的可扩大分离的视图。

[0032] 图8是油包水乳液分离实验图，其中，(a)是各种span80稳定的油包水乳液分离的通量和残留水含量图；(b)是通过分离span80稳定的W/Di乳液，用乙醇洗涤20次循环后涂覆的PP膜的循环性能测试结果图；(c)、(d)分别是机械揉搓1000次后(c)和分别浸泡到6M HCl 24小时(d)后涂覆的PP膜的机械和化学耐久性测量结果图。(e)、(f)分别是分离油包6M HClaq乳液，6M NaOHaq乳液和饱和NaClaq乳液后的通量(e)和残留水分含量(f)图。

[0033] 图9是f-rGO/OPBA涂层棉布的超疏水超亲油性图。其中(a)，(b)分别是原始棉布和涂层棉布的SEM表征图；(c)是涂层棉布的超疏水静态接触角图；(d)，(e)分别是原始棉布和涂层棉布的润湿性直观照片；(f)是涂层棉布的亲油性静态接触角图。

[0034] 图10是涂层棉布的化学稳定性与机械性能稳定性测试图。其中，(a)是不同pH水溶液的静态接触角测试图；(b)是在不同pH水溶液中浸泡不同时间的水接触角测试图；(c)是在沸水中煮沸不同时间的接触角测试图；(d)是揉搓不同次数的接触角测试图。

[0035] 图11是f-rGO/OPBA涂层PU海绵的超疏水超亲油性图。其中，(a)，(b)分别是原始海绵和涂层海绵的SEM表征图；(c)是涂层海绵的银镜现象，证明其超疏水性；(d)是涂层海绵的亲油性静态接触角图；(e)是涂层海绵的滚动角测试图。

[0036] 图12是涂层吸收能力测试图，其中，(a)、(b)分别是f-rGO/OPBA涂覆的PU泡沫在水上(a)吸收正己烷和在水下(b)吸收二氯甲烷的照片；(c)是涂层PU海绵对不同有机溶剂和油的吸收能力图；(d)是通过挤压100次循环后，涂覆的PU泡沫体对氯仿的吸收能力循环图。

具体实施方式

[0037] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0038] 实施例1

[0039] 1.实验部分

[0040] 1.1物料

[0041] 天然石墨片(8000目，纯度99.95％)，全氟辛基碘和4-碘苯胺由阿拉丁提供；浓硫酸(质量份数95-98％)，浓盐酸(质量份数36-38％)，高锰酸钾和铜分析纯，购自北京化工厂(中国)。过氧化氢(H2O2)和硝酸钠由莱阳石康化学公司提供。OPBA(4-Oxo-4-Pyren-1-yl-Butyric Acid)购自玛雅世纪。聚丙烯(PP)膜，棉布和聚氨酯(PU)泡沫从当地商店购买。

[0042] 1.2对全氟辛基苯胺的制备(Rf-NH2)

[0043] 将全氟辛基碘(5.46g，0.01mol)，4-碘苯胺(1.46g，0.0067mol)和铜(1.28g，0.02mol)在25ml DMSO中的分散体在120℃下搅拌加热12小时，连接到回流冷凝器的100ml烧瓶中。通过过滤除去生成的碘化铜和过量的铜。向滤液中加入10ml水和10ml乙醚。将醚层用水洗涤数次以除去DMSO和全氟辛基碘，然后使用石油醚和乙酸乙酯(体积比15:1)作为洗脱液(1.2g，产率：35.3％)通过柱色谱法纯化产物。1H-NMR(氯仿-d)：4.23(br s，2H)，7.54(d，J＝8.8Hz，2H)，7.72(d，J＝8.8Hz，2H)。

[0044] 1.3全氟烷基接枝石墨烯(f-rGO)的制备

[0045] 使用Hummers法从天然石墨制备石墨烯氧化物(GO)。将GO(0.6g)与4-(全氟辛基)苯胺(0.9g)加入到90ml乙醇的三口烧瓶。将混合物在100℃下搅拌回流24小时。然后将所得溶液通过平均孔径为0.22μm的PP膜过滤。将过滤的粉末用超声波清洗5分钟在100ml乙醇中漂洗，然后过滤。将漂洗过滤重复4次以除去物理吸收的4-(全氟辛基)苯胺。最后，配置成一定浓度的f-rGO乙醇分散液。

[0046] 1.4f-rGO/OPBA涂层材料的制造

[0047] 使用浸涂法制备超疏水超亲油的f-rGO/OPBA涂层材料。将4ml的f-rGO乙醇溶液(1mg/ml)和2ml的OPBA乙醇溶液(1mg/ml)加入到60ml乙醇中，搅拌约20分钟，形成均匀分散的溶液。将PP膜或棉布或PU泡沫在搅拌下放入上述溶液中约1小时，并在100℃的烘箱中干燥1小时。

[0048] 1.5表面活性剂稳定的油包水乳液的制备

[0049] 对于所有span80稳定的油包水乳液，将0.35g span80分别加入到57mL三氯甲烷，汽油，二氯甲烷，正己烷，甲苯和花生油中，然后加入1mL水。将混合物搅拌3小时。所有乳液在环境条件下稳定超过1周。

[0050] 2.乳液分离实验

[0051] 通过分离装置进行油/水乳液分离实验。整个分离过程仅由重力驱动。为了测量通量，将30mL各种乳液倒入分离装置中。记录分离后中间10mL液体的时间，并按照下式计算涂膜的分离通量：

[0052] Flux＝V/St

[0053] 其中，V(L)是分离后的体积，S(m2)是膜的有效面积，t(h)是测试时间。用Karl Fischer水分滴定法测定分离后的含水量。

[0054] 3.仪器和表征

[0055] FTIR谱图是在FTIR光谱仪IR Prestige-21(Shimadzu，Japan)上获得。在D-8ADVANCE X射线衍射仪(Bruker AXS，Germany)上进行X射线衍射(XRD)的测试。在SDT Q600(TA，USA)上进行热重分析(TGA)。通过扫描电子显微镜(SEM，S-4700)进行(EDX)光谱测试。
涂覆材料的形貌通过SEM(S-4700)在20kV下工作表征。通过光学显微镜(BM2000)和动态光散射(DLS)测量(ZEN3690，Germany)观察乳液液滴的直径分布。使用接触角计(DSA30，USA)测量表面接触角。对于接触角测试，将体积为3.0μL的液滴滴在涂覆材料的表面上，并检查至少三个不同的样品区域以获得平均接触角值。使用Karl Fischer水分滴定仪(WS-3000，微量水分测定仪，淄博，中国)测定分离后的含水量。

[0056] 4.结果与讨论

[0057] 本发明通过4-(全氟辛基)苯胺和氧化石墨烯的反应制备了f-rGO。在浸涂过程中，OPBA作为分子胶水来连接f-rGO和基底。为了证明OPBA的关键作用，将不同质量比的f-rGO和OPBA分散在乙醇溶液中。商业型PP膜首次被用作验证概念研究的基底。如图2a所示，在PP膜上浸涂不同质量比的f-rGO/OPBA后的水接触角(CA)的变化。当f-rGO/OPBA的质量比为1:0.5，得到水CA为163.7°的PP膜。由于OPBA的亲水特性，OPBA含量的进一步增加导致水CA降低(图2a)。因此，我们选择f-rGO/OPBA的质量比为1：0.5涂层用于后续实验。

[0058] 典型的扫描电子显微镜(SEM)图像显示未涂覆的PP膜的光滑表面(图2b)。浸涂f-rGO/OPBA后，起皱的f-rGO片材牢固地粘在PP膜的表面上(图2c)。环扫电镜能谱仪(EDX)显示纤维表面上的f-rGO的元素F(图3c)，表明f-rGO/OPBA成功地涂覆在PP膜上。通过热重分析估计f-rGO/OPBA涂层的量为约5wt％(图4)。根据从杨氏方程得出的Cassie模型，我们认为，特殊润湿性归因于分级微纳米结构表面和f-rGO/OPBA涂层。

[0059] 为了检查水和油在膜上的动态润湿行为，使用高速相机系统记录液滴的铺展过程。当水滴(3uL)与未涂覆的PP膜接触时，其迅速扩散并在一秒内渗透到膜中，并且水CA约为0°(图2d)。相反，当水滴被迫与涂层的表面充分接触然后提起时，水滴在离开膜表面时几乎没有变形，表明涂覆的PP膜具有超疏水性，具有超低粘附性(图2e)。当3uL油滴(正己烷作为实例)与f-rGO/OPBA涂覆的PP膜接触时，其立即渗透到膜中，表明涂膜的超亲油特性(图2f)。更有趣的是，当水滴在正己烷下与涂覆的PP膜接触时，液滴在离开表面时仍然没有变形(图2g)，不同于氟化表面的超疏油性，当接触水时其超疏油性被剥夺，导致拒油性降低。
油中超疏水性可能有助于油包水乳液分离的高通量。

[0060] 考虑到废水通常在机械，冶金，运输，石油工业等复杂环境中生产，独特的涂料应该承受恶劣的条件，而不会失去超疏水性。因此，在各种苛刻条件下检测f-rGO/OPBA涂层的稳定性。图5a显示了在剧烈搅拌下f-rGO/OPBA涂覆的PP膜在沸水(100℃)中的水CA变化。浸入沸水中24小时后，水CA仍高于150°，表明涂覆的PP膜具有耐高温特性(图5a)。除耐热水性外，f-rGO/OPBA涂覆的PP膜在强酸，强碱和饱和盐溶液非常稳定。在6M HCl，6M NaOH和饱和NaCl溶液中浸泡长达24小时后，静态接触角几乎不变(水CA>148°)，表明涂覆的PP膜在腐蚀性溶液中具有良好的稳定性(图5b)。

[0061] 为了测试f-rGO/OPBA涂层和基底之间的粘合强度，我们用手揉搓了涂覆的PP膜，并将15秒定义为一个疲劳循环(图5c。经过1000次摩擦循环，涂覆的PP膜的表面结构显示出轻微的变化，并且PP膜仍然保持疏水性，水CA为143°，表明涂膜的完美机械稳定性。油下超疏水特性的稳定性也通过将涂布的PP膜浸泡在不同有机溶剂中、在不同时间段的接触角的变化来测量。浸泡在正己烷和二氯甲烷3天后，水CA几乎保持不变(图5d)。膜的油下超疏水性的超稳定性与报道的在空气中疏水的表面完全不同，因为这些疏水性表面在油下失去其疏水性能。

[0062] 接下来，使用坚韧耐腐蚀的f-rGO/OPBA涂覆的PP膜来分离油/水乳液。制备具有微米和纳米级的乳滴尺寸的表面活性剂稳定的乳液。乳液在室温环境中放置超过1周未观察到破乳或沉淀，表明乳液具有良好的稳定性。将f-rGO/OPBA涂覆的PP膜固定在两个垂直玻璃管之间(图6a)。所有的乳液的尺寸在几百纳米到几微米的范围内。相应地，在收集的滤液中，通过光学显微镜观察不到乳滴的存在(图7a)。此外，DLS测试显示了分离前后的液滴尺寸得差异。分离前的乳液粒径在100nm到2μm之间变化，而分离后的粒径在4-8,3-6,5-9,3-10,10-13和5-10nm的范围内span80稳定的三氯甲烷包水(span80-W/Tr)，span80稳定的汽油包水(span80-W/G)，span80稳定的二氯甲烷包水(span80-W/Di)，span80稳定的甲苯包水(span80-W/T)span80稳定的正己烷包水(span80-W/H)，span80稳定的花生油包水(span80-W/P)(图7b，c，图6b-d，表1)，表明涂覆的PP膜可以以高质量的分离乳液。

[0063] 表1不同乳液的分离结果。

[0064]

[0065] 考虑到f-rGO/OPBA涂层的表面制备，测量了1L乳液的分离。如图7d所示，将f-rGO/OPBA分散体浸涂在PP膜上，将直径为4cm的涂膜固定在两个垂直玻璃管之间。将乳液倒在膜上后，观察到透明滤过液，并使用约33分钟来完成1Lspan80稳定的W/Di乳液的分离。

[0066] 值得注意的是，涂覆的PP膜可以分离所有的乳液即使乳化液滴的尺寸小于涂覆的PP膜的孔径。这主要是由于分离是基于聚结分离而不是筛分过滤的尺寸，其通过与膜的涂层接触的液滴的聚结来拦截乳化液滴。

[0067] 从经济角度出发，分离通量是分离乳液非常重要的参数。通过测量几乎完全分离一定体积的乳液的时间来测定渗透通过涂覆的PP膜的各种乳液的通量。如图8a所示，对于span80-W/Di，span80-W/G，span80-W/Tr，span80-W/T，span80-W/H获得1395,885,1332,1011,1026Lm-2h-1的分离通量(表1)。应当注意的是，整个分离过程仅由重力驱动而没有任何外力。所获得的通量与报告结果相比是最高的值(表1)，并且是具有相似渗透性能的传统过滤膜的几倍。

[0068] 考虑到仅由重力驱动下分离乳液，与传统的过滤膜相比，从节能的方面来看，这种分离性能是非常有吸引力的，因为传统的过滤膜例如超滤膜通常需要一至几bar的跨膜压力来实现的乳液分离。一次分离后滤液中的油的纯度也用Karl Fischer分析仪检测。如图8a所示，滤液中的残留水含量在17-22ppm之间，显示了f-rGO/OPBA涂覆的PP膜的高分离效率。表明膜可以支撑的液体的最大高度的水穿透压力是实际应用的重要参数之一。通过使用真空泵测量涂覆的PP膜的突破压力为约0.2bar。这个压力相当于2.0米的水柱高度。

[0069] 常规的超疏水/超亲油性油水分离膜不仅具有差的机械稳定性，而且还存在表面污染的缺点。为了测量膜的循环性能能，测量了涂覆的PP膜的分离通量。如图8b所示，在每次分离乳液后，将膜简单地用乙醇洗涤以恢复其分离通量。可以看出，通量在清洗后完全恢复到启动通量，随着循环数的增加也几乎没有变化。20个循环后，通量仍保持1310L m-2h-1的相对高水平，残留含水量保持在16ppm。这表明膜的优异的可再循环性，这对于实际应用是非常重要的。

[0070] 涂覆PP膜的机械性能和化学稳定性的测试。我们将f-rGO/OPBA浸涂的PP膜机械揉搓1000次后，进行油水乳液分离。通过测量分离通量和滤液的含水量来测定膜的机械性能和化学稳定性(如图8c,d)。所有span80稳定的油包水乳液分离后的通量未发现明显的降低，且滤液的水含量也无明显的升高，这表明涂覆膜具有很高的机械能稳定性。此外，当将涂覆的膜浸入6M HCl中24小时后再进行油水乳液分离，分离通量和滤液中的水含量也没有变化，表明涂层PP膜在恶劣环境下仍具有很高的分离效率。更重要的是，我们还通过使用不同油和6M HCl，6M NaOH和饱和NaCl水溶液来制备乳液。如图8e和图8f所示，对于不同的油包6M HClaq，6M NaOHaq和饱和NaClaq来说，分离通量仍然保持在800-1500L m-2h-1，滤液中的残留水含量都在18-32ppm范围内，表明涂层PP膜具有很高的分离效率。

[0071] 接下来，我们使用商业棉布作为基底以进一步证实f-rGO/OPBA涂层的优越性。如图9所示，f-rGO/OPBA成功地浸涂在棉布的表面上。接触角测量显示涂层棉布的超疏水/超亲油性质。当将f-rGO/OPBA涂布的棉布浸入到腐蚀性溶液(例如pH＝1和13水溶液)中1小时时，水接触角几乎没有变化(图10a，10b)。此外，通过将涂布的棉布置于沸水中和进行机械揉搓实验，来证明涂层棉布的稳定性。水CA测量的稳定性表明f-rGO/OPBA和棉布表面之间存在着很强的粘合力(图10c，10d)。

[0072] 为了进一步证明f-rGO/OPBA涂层的多功能应用，f-rGO/OPBA也被浸涂在商业PU泡沫上进行油/水分离。浸泡在f-rGO/OPBA乙醇分散体中后，将整个PU充满溶液。在SEM图像中，可以清楚地看出，在浸涂之后，PU泡沫的表面从光滑表面(图11a)变为有着亚微米尺度的随机粗糙表面(图11b)。将未浸涂的PU海绵和涂覆的海绵置于水中，涂层PU泡沫可观察到类似银镜的现象，这是由于涂覆PU海绵包覆空气与周围的水之间形成界面而产生镜面反射(图11c)。通过测试正己烷的油CA和水滴的小滑动角度进一步表明了f-rGO/OPBA涂覆的PU泡沫的超疏水超亲油性(图11d，e)，这使其成为除去废水中的油污和有机溶剂的理想材料。

[0073] 当f-rGO/OPBA涂层的PU泡沫与水上的己烷层(用苏丹红染色)接触时，其能够完全快速地吸收己烷(图12a)。此外，涂覆的PU泡沫也可以吸收水下二氯甲烷(用苏丹红染色)(图12b)。吸收能力定量计算是通过吸收液体的PU海绵重量与干燥后的PU泡沫的比值来确定的。我们研究了涂层PU海绵对各种有机液体和油类(包括柴油，汽油，乙酸乙酯，二氯甲烷，氯仿，甲苯，花生油和正己烷)的吸收。这些物质是我们日常生活中以及工业中常见的污染物。f-rGO/OPBA涂覆的PU泡沫对所有上述有机液体和油都显示出非常高的吸收能力。涂覆的PU泡沫可以吸收其自身重量的30至82倍的油和有机溶剂(图12c)。这些值远高于先前报道的吸附剂的吸收能力，如羊毛无纺布(9-15倍)，聚合物(5-25倍)，纳米线膜(4-20倍)，海绵状石墨烯(20-86倍)以及掺杂硼的CNT海绵(25-125倍)。此外，涂层的PU泡沫的很好的循环性能。如图12d中所示，在100次吸收-挤压循环后，没有观察到吸收能力的明显变化，表明f-rGO/OPBA涂覆的PU泡沫体具有稳定的吸收和再循环性能。因此，f-rGO/OPBA涂层PU泡沫是一种有希望成为一种划算的吸附剂，用于除去污染物。

[0074] 5.结论

[0075] 总之，通过简单的浸涂方法，使用OPBA作为分子胶粘水将氟接枝的石墨烯黏附到包括商业PP膜，棉布和PU泡沫上制备出多功能的超疏水超亲油材料。且这些材料可以耐受苛刻的实际条件，如沸水，强酸，强碱和饱和盐溶液。重要的是，仅在重力下，涂覆的PP膜可以高效地分离表面活性剂稳定的油包水乳液，并且有着极高的分离通量。此外，涂覆的PU泡沫体也具有高的吸油能力和可循环性能。我们设想，我们通过此种方法制备涂层方法可以有效地分离一系列表面活性剂稳定的乳液和清理工业和日常生活中产生的溢油。

[0076] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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