生物工程环境保护论文提纲

论文题目：苯并噁嗪基水下超疏油/油下超疏水材料的制备及其机理

摘要：表面功能材料在生物工程、节能降耗、环境保护和化学工程等领域应用广泛。近年来,人们在利用各种基材或分子制备表面功能材料上取得了巨大进步,建立了许多基于控制表面化学组成和微纳米结构的制备方法,促进了表面化学的迅速发展。然而,利用同一种基质分子,通过调控不同的制备条件,制备出具有不同性能的超润湿性材料,是一个崭新的、具有巨大应用潜力的研究领域。本文中,利用苯酚、甲醛和三聚氰胺合成了苯并噁嗪分子作为基质分子。利用相分离剂、固化温度、基底材料、固化速率等因素调控苯并噁嗪分子的聚集行为,合成了水下超疏油材料。利用金属氯化物、陈化时间、固化温度、基底材料等因素调控苯并噁嗪分子的聚集行为,合成了油下超疏水材料。通过接触角、扫描电子显微镜、能量散射光谱、差示扫描量热仪、傅立叶变换红外光谱和拉曼光谱对两种材料的润湿性、表面形貌、表面元素组成、状态、结构进行了表征。深入探讨了各环境因素在合成过程中对分子聚集行为的影响,讨论了苯并噁嗪分子聚集行为操控机理,分析了材料的合成机理与化学原理。探讨了基质分子聚集行为的变化、微观相分离成因、分子聚集行为的热力学驱动力,以及分子的聚集行为和材料性能的关系。最后,将两种超润湿性材料应用于油包水型和水包油型乳状液的分离。实验结果表明,苯并噁嗪基水下超疏油材料的表面形貌为类鱼皮状结构,其表面化学组成以极性基团为主,在水下己烷、甲苯、硅油的接触角分别为153.2°、155.8°、155.7°;苯并噁嗪基油下超疏水材料的表面形貌为褶皱状结构,其表面化学组成以非极性基团为主,在己烷、甲苯、硅油下的水接触角分别为155.4°、153.8°、159.0°。合成的机理为,同一种基质分子,在不同的制备条件下,为了达到最稳定的状态（如等温和等压下,吉布斯自由能最小的状态）,采用不同的聚集行为,实现不同的聚集形式,形成了润湿性能相反的凝胶材料。两种材料分离油水乳状液的效率均大于99.95%,分离速率分别为265 L/m~2h和598 L/m~2h。利用外部环境条件调控同一种基质分子的聚集行为,得到两种润湿性能相反的超润湿材料,为更加合理设计制备高性能润湿材料开辟了新途径。同时也为其它表面功能材料的设计合成提供了新思路。

关键词：水下超疏油;油下超疏水;苯并噁嗪;合成机理;分子聚集行为

学科专业：应用化学

摘要

ABSTRACT

缩略语表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 表面润湿性的理论基础

1.2.1 亲水性/疏水性

1.2.2 润湿状态

1.2.3 润湿性理论

1.3 超润湿性表面的制备方法

1.3.1 自组装法

1.3.2 溶胶-凝胶法

1.3.3 刻蚀法

1.3.4 平版印刷法

1.3.5 物理沉积法

1.4 苯并噁嗪材料的研究

1.4.1 苯并噁嗪的分子结构

1.4.2 苯并噁嗪的表面性能

1.4.3 苯并噁嗪功能材料的构筑

1.5 超润湿性表面的应用

1.5.1 油水分离

1.5.2 自清洁

1.5.3 防雾

1.5.4 抗生物污染

1.5.5 液滴操控

1.6 选题意义及研究内容

1.6.1 选题依据及意义

1.6.2 主要的研究内容

第二章 水下超疏油/油下超疏水材料的制备、表征及机理

2.1 实验试剂与仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 实验步骤

2.2.1 苯酚基苯并噁嗪单体的制备及固化

2.2.2 水下超疏油/油下超疏水材料的制备

2.2.3 水下超疏油材料的性能调控

2.2.4 油下超疏水材料的性能调控

2.3 材料的表征方法

2.3.1 接触角

2.3.2 扫描电子显微镜

2.3.3 能量散射光谱仪

2.3.4 傅立叶变换红外光谱

2.3.5 拉曼光谱

2.4 结果与讨论

2.4.1 苯并噁嗪的制备

2.4.2 环境因素对水下超疏油材料的影响

2.4.3 环境因素对油下超疏水材料的影响

2.4.4 水下超疏油/油下超疏水材料的润湿性研究

2.4.5 水下超疏油/油下超疏水材料的表面形貌

2.4.6 水下超疏油/油下超疏水材料的表面化学组成

2.4.7 水下超疏油/油下超疏水材料的分子结构分析

2.4.8 水下超疏油/油下超疏水凝胶材料的合成机理

2.5 本章小结

第三章 水下超疏油/油下超疏水材料的性能及机理研究

3.1 试剂与仪器

3.1.1 实验试剂

3.1.2 实验仪器

3.2 实验步骤

3.2.1 差示扫描量热仪

3.2.2 水下超疏油/油下超疏水材料的化学稳定性

3.2.3 油水乳状液的分离及测定

3.3 结果与讨论

3.3.1 水下超疏油/油下超疏水材料的状态分析

3.3.2 水下超疏油/油下超疏水材料的润湿性研究

3.3.3 水下超疏油/油下超疏水材料的化学稳定性

3.3.4 水下超疏油/油下超疏水材料的化学原理

3.3.5 水下超疏油/油下超疏水材料的应用

3.4 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

致谢