一種超疏水沙子的制備方法技術

本發明專利技術屬于超疏水材料制備技術領域，特別涉及將親水沙子轉變成超疏水沙子的方法。本發明專利技術主要包括了沙子表面的結構化處理和低表面能物質修飾等步驟。所制備出的超疏水沙子的水接觸角均大于150°，水在沙子表面可以自由滾動而不會滲透下去。而且，該超疏水沙子具有極好的熱穩定性，在400℃下依然具有很好的疏水性。同時，這種超疏水沙子可以實現水的儲存和運輸，具有很好減阻效果。本發明專利技術制備工藝較簡單，原料易得，無毒環保，成本低廉，熱穩定性強，適合大面積制備和應用，既可以應用到建筑物表面實現超疏水的墻壁，也可應用于沙漠水的儲存和運輸，從而實現水在沙漠的灌溉和運輸工程。

Method for preparing super hydrophobic sand

The invention belongs to the technical field of preparation of super hydrophobic materials, in particular to a method for converting hydrophilic sand into super hydrophobic sand. The invention mainly comprises the steps of structured treatment of sand surface and low surface energy material modification. The water contact angle of the prepared superhydrophobic sand is greater than 150 degrees, and the water can roll freely on the sand surface without penetration. Moreover, the super hydrophobic sand has excellent thermal stability and is still hydrophobic at 400 DEG C. At the same time, this super hydrophobic sand can achieve water storage and transportation, and has very good drag reduction effect. The preparation process is simple, easy to get raw materials, non-toxic environmental protection, low cost, strong thermal stability, suitable for large area preparation and application, which can be applied to the walls of the realization of building a super hydrophobic surface, storage and transportation can also be applied to the desert water in the desert, so as to realize water irrigation and transportation engineering.

【技術實現步驟摘要】
一種超疏水沙子的制備方法
本專利技術屬于超疏水材料制備
，特別涉及將親水沙子轉變成耐高溫的超疏水沙子的方法。
技術介紹
自1997年，超疏水表界面現象首次被揭示，仿生超疏水材料的研究已經經歷了近20年的發展，在很多領域都表現出重要的應用價值，尤其在防水、自清潔、抗結冰和油水分離等領域。與此同時，科研工作者們也一直在尋找新的廉價易得的可用材料及應用領域。尤其是，如何實現超疏水材料于環境于資源利用問題的結合被認為是一個富有前景的研究課題。然而一直沒有得到突破性的進展。眾所周知，沙子作為沙漠中豐富的自然資源的同時，也給沙漠地區帶來了水資源短缺和沙塵暴等問題。由于沙子自身的超親水特性，水在沙子表面會被快速的吸收。從而導致缺少可灌溉和飲用的明水，動植物難以生存。沙漠地區的人們為了獲得新鮮的水必須挖很深的井和地窖。因此，如何通過改變沙子表面的結構和成分來實現沙子的超疏水性，將是一個極有意義和價值的工作。其意義不僅體現在可以使雨水在沙子表面儲存和滾動而不被吸收，同時可實現沙漠地區的引水工程。另一方面，超疏水的沙子還可以應用到混凝土建筑工程，構筑具有防水、防滲透、自清潔的墻壁。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種豐富易得的材料和簡單方便、可大面積制備超疏水沙子的方法，實現了親水沙子向超疏水的轉變，解決超疏水材料的資源不足、生產成本高、耐熱性能差、基材單一等問題。擁有微/納米結構的超疏水沙子其對水的接觸角大于150°，滾動角小于10°，可以使水滴在沙子表面保持球形并自由滾動，類似荷葉表面。不僅如此，所制備的超疏水沙子不僅具有很好的機械強度和耐高溫性能，還具有很好的蓄水和水流減阻的性能。實驗表明，在400℃下依然可以保持很好的疏水性和蓄水能力。本專利技術所采用的技術方案是：一種超疏水沙子的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：A.沙子的預處理：將一定量的沙子先用100mL去離子水進行清洗3次，然后烘干待用；B.表面包覆二氧化硅沙子的制備：將5～10g洗凈的沙子加入到100mL乙醇溶劑中，再加入50mL一定濃度的十六烷基三甲基溴化銨，充分攪拌1h后，用氨水將溶液的PH值調至12～13；然后，在攪拌的過程中，將10～15mL正硅酸乙酯逐滴加入到上述溶液中，充分反應6～12h；然后靜置，去除沙子上層白色分散液，用去離子水對下層沙子充分洗滌3次，干燥后得到表面包覆有二氧化硅的沙子；C.低表面能修飾：將步驟B制備的表面包覆有二氧化硅的沙子加入到100mL一定濃度的含氟修飾劑的乙醇混合溶液中，攪拌，待反應3～6h以后，通過去除上清液、水洗滌過程得到修飾后的沙子；最后，將修飾后的沙子在60℃下干燥1h，得到超疏水沙子。進一步地，步驟A中，所用的沙子粒徑在80～120μm。進一步地，所用的沙子來自庫布奇沙漠。進一步地，沙子表面納米結構的構筑材料為二氧化硅。進一步地，所得超疏水沙子的粒徑為100～200μm。進一步地，步驟B中，十六烷基三甲基溴化銨的濃度為0.14M。進一步地，步驟C中，含氟修飾劑為全氟癸基三乙氧基硅烷，濃度為0.5％～1％。本專利技術的有益效果是：與現有技術相比，本專利技術的優點在于：1.工藝簡單，原料易得，成本低廉；2.制備的超疏水沙子的粒徑在100～200μm之間，且擁有微納米表面結構，經全氟癸基三乙氧基硅烷修飾后，具有穩定的超疏水性，水的接觸角大于150°，滾動角小于10°；3.具有很強的耐高溫性能，溫度達到400℃時仍然可以保持超疏水性；4.具有很好的蓄水、減阻和水輸送能力；5.機械強度大，使用壽命長。附圖說明圖1：實施例1所得超疏水沙子的光學照片和掃描電鏡圖，其中：圖(a)是超疏水沙子的光學照片，圖(b)是超疏水沙子在顯微鏡下的圖片，圖(c)超疏水沙子的低倍掃描電鏡圖片，圖(d)超疏水沙子的高倍掃描電鏡圖片。圖2：實施例1所得超疏水沙子表面的潤濕性，其中：圖(a)是水滴在超疏水沙子表面的潤濕狀態照片，圖(b)是超疏水沙子表面上水滴的接觸角和滾動角圖片。圖3：實施例1所得超疏水沙子的蓄水能力和耐高溫性能，其中：圖(a)是水在原始沙子的沙坑中被完全吸收的照片，圖(b)是水在超疏水沙子的沙坑中不被吸收的狀態照片，圖(c)超疏水沙子的沙坑在不同高溫下依然保持很好的超疏水性和蓄水能力的照片。圖4：實施例1所得超疏水沙子與原始沙子輸水能力的對比，其中：圖(a)是水在原始沙子表面流動的狀態照片，圖(b)是水在超疏水沙子表面流動的狀態照片。具體實施方式為了更好地理解本專利技術，下面結合實施例進一步闡明本專利技術的內容，但本專利技術的內容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術人員可以對本專利技術作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權利要求書限定范圍之內。實施例1：(1)沙子的預處理：將一定量的沙子先用100mL去離子水進行清洗3次，然后烘干待用。(2)表面包覆二氧化硅沙子的制備：將5g洗凈的沙子加入到100mL乙醇溶劑中，再加入50mL濃度為0.14M的十六烷基三甲基溴化銨，充分攪拌1h后，用氨水將溶液的PH值調至13。然后，在攪拌的過程中，將10mL正硅酸乙酯逐滴加入到上述溶液中，充分反應12h。然后靜置，去除沙子上層白色分散液，用去離子水對下層沙子充分洗滌3次，干燥后得到表面包覆有二氧化硅的沙子(如圖1所示)。(3)低表面能修飾：將步驟B制備的表面包覆有二氧化硅的沙子加入到100mL濃度為0.5％的全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇混合溶液中，攪拌，待反應6h以后，通過去除上清液、水洗滌過程得到修飾后的沙子。最后，將修飾后的沙子在60℃下干燥1h，得到超疏水沙子(如圖2所示)。從圖3可以看出，水在原始沙子的沙坑中會被完全吸收(如圖3a所示)，而在超疏水沙子的沙坑中不會被吸收而保持橢球形狀態(如圖3a所示)，說明了超疏水沙子具有蓄水能力。不僅如此，當溫度升到400℃時，超疏水沙子依然可以保持很好的疏水性和蓄水能力(如圖3c所示)，說明了超疏水沙子極好的耐高溫性能。從圖4可以看出，水在原始沙子表面是會完全滲透下去，且在流動的過程中會將沙子帶走，形成流沙(如圖4a所示)。然而，水會在超疏水沙子的表面流動且不會滲透下去，在流動的過程中也不會將沙子帶走(如圖4b所示)，說明了超疏水沙子具有很好的輸水、減阻和固沙的能力。實施例2：(1)沙子的預處理：將一定量的沙子先用100mL去離子水進行清洗3次，然后烘干待用。(2)表面包覆二氧化硅沙子的制備：將10g洗凈的沙子加入到100mL乙醇溶劑中，再加入50mL濃度為0.14M的十六烷基三甲基溴化銨，充分攪拌1h后，用氨水將溶液的PH值調至13。然后，在攪拌的過程中，將15mL正硅酸乙酯逐滴加入到上述溶液中，充分反應12h。然后靜置，去除沙子上層白色分散液，用去離子水對下層沙子充分洗滌3次，干燥后得到表面包覆有二氧化硅的沙子。(3)低表面能修飾：將步驟B制備的表面包覆有二氧化硅的沙子加入到100mL濃度為0.5％的全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇混合溶液中，攪拌，待反應6h以后，通過去除上清液、水洗滌過程得到修飾后的沙子。最后，將修飾后的沙子在60℃下干燥1h，得到超疏水的沙子。實施例3：(1)沙子的預處理：將一定量的沙子先用100mL去離子水進行清洗3次，然后烘干待用。(2表面包覆二氧化硅沙子的制備：將1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超疏水沙子的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：A.沙子的預處理：將一定量的沙子先用100mL去離子水進行清洗3次，然后烘干待用；B.表面包覆二氧化硅沙子的制備：將5～10g洗凈的沙子加入到100mL乙醇溶劑中，再加入50mL一定濃度的十六烷基三甲基溴化銨，充分攪拌1h后，用氨水將溶液的PH值調至12～13；然后，在攪拌的過程中，將10～15mL正硅酸乙酯逐滴加入到上述溶液中，充分反應6～12h；然后靜置，去除沙子上層白色分散液，用去離子水對下層沙子充分洗滌3次，干燥后得到表面包覆有二氧化硅的沙子；C.低表面能修飾：將步驟B制備的表面包覆有二氧化硅的沙子加入到100mL一定濃度的含氟修飾劑的乙醇混合溶液中，攪拌，待反應3～6h以后，通過去除上清液、水洗滌過程得到修飾后的沙子；最后，將修飾后的沙子在60℃下干燥1h，得到超疏水沙子。

【技術特征摘要】
1.一種超疏水沙子的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：A.沙子的預處理：將一定量的沙子先用100mL去離子水進行清洗3次，然后烘干待用；B.表面包覆二氧化硅沙子的制備：將5～10g洗凈的沙子加入到100mL乙醇溶劑中，再加入50mL一定濃度的十六烷基三甲基溴化銨，充分攪拌1h后，用氨水將溶液的PH值調至12～13；然后，在攪拌的過程中，將10～15mL正硅酸乙酯逐滴加入到上述溶液中，充分反應6～12h；然后靜置，去除沙子上層白色分散液，用去離子水對下層沙子充分洗滌3次，干燥后得到表面包覆有二氧化硅的沙子；C.低表面能修飾：將步驟B制備的表面包覆有二氧化硅的沙子加入到100mL一定濃度的含氟修飾劑的乙醇混合溶液中，攪拌，待反應3～6h以后，通過去除上清液、水洗滌過程得到修飾后的沙...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭志光，陳立偉，
申請(專利權)人：湖北大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42