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北航江雷院士團隊:宏觀形狀調(diào)控實現(xiàn)超疏水PMMA表面高效氣泡黏附
2017-10-11  來源:材料人
關(guān)鍵詞:超疏水 PMMA

  日前,由江雷院士和于存明博士等人在Adv. Funct. Mater.上以題為 “Morphology-Control Strategy of the Superhydrophobic Poly(Methyl Methacrylate) Surface for Effcient Bubble Adhesion and Wastewater Remediation”發(fā)表了不同形狀的超疏水聚甲基丙烯酸甲酯片對于氣泡黏附和在水環(huán)境中負載臭氧降解甲基藍的研究成果。由于臭氧本身在水中的溶解度差,不利于臭氧對水體的凈化,本文利用微氣泡在超疏水表面的黏附作用,實現(xiàn)了氣泡在水相環(huán)境中的長時間停留,并在有機染料污染物的降解方面得到了較好的應(yīng)用。

圖1 超疏水PMMA 圓片(SPCS)的制備和形貌表征

(a) SPCS的制備過程;

(b) SPCS的光學俯視圖;

(c) SPCS的SEM圖,插圖為由超疏水納米硅顆粒組成的SPCS表面;

(d) SPCS表面的水接觸角和水下氣泡的接觸角。


圖2 氣泡在不同形狀超疏水PMMA片上的黏附及脫離過程

(a)-(d) 超疏水性五角星形PMMA片,三角形PMMA片,圓形PMMA片和橢圓形PMMA片的氣泡黏附和釋放的光學圖片;

(e) 氣泡在五角星形PMMA片頂角處運動的光學圖片和受力分析;

(f) 不同形狀的PMMA片的氣泡黏附效率。


圖3 SPCS大小對氣泡黏附效率的影響

SPCS氣泡黏附效率與直徑之間的關(guān)系。


圖4 氣泡在SPCS上的黏附和脫離過程

不同直徑的SPCS(0.5, 1.0, 1.5, 2.0和3.0 cm)氣泡粘附和脫離的光學照片。


圖5 SPCS氣泡黏附效率的影響因素(溫度、深度)

SPCS氣泡黏附效率與環(huán)境溫度和浸入深度的關(guān)系。


圖6 超疏水PMMA圓片陣列(SPCSA)用于甲基藍降解

(a) 氣泡在SPCSA上的鋪展過程;

(b) SPCSA參與的臭氧降解甲基藍過程;

(c) 臭氧(O3)降解甲基藍(MB)的時間與臭氧流速之間的變化關(guān)系;

(d) 臭氧(O3)降解甲基藍(MB)的效率與臭氧流速之間的變化關(guān)系。

  本文采用激光切割、超疏水修飾等方法,制備了超疏水性的PMMA表面;并通過調(diào)控超疏水PMMA表面的宏觀形貌,實現(xiàn)了水下氣泡的高效黏附,有效地解決了氣/液反應(yīng)體系中的氣泡上升問題。在此基礎(chǔ)上,作者進一步發(fā)展出了超疏水的PMMA圓片陣列,并將其應(yīng)用于臭氧降解甲基藍(MB)溶液的過程中。實驗發(fā)現(xiàn)超疏水PMMA圓片陣列可以明顯的縮短甲基藍溶液的降解時間、提高臭氧反應(yīng)氣體的降解效率。該方法有望在污水處理等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,并推廣應(yīng)用到常見的氣/液反應(yīng)體系當中,提高氣/液反應(yīng)效率。

  論文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201702020/full

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