一种多层低阻力抗污染多孔复合材料及其制备方法与应用

本发明涉及一种多孔复合材料，尤其涉及一种多层低阻力抗污染多孔复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料。

背景技术：

1、水上船舶、水下舰艇等运行过程中受到摩擦阻力的影响，航速降低、能耗提高。目前，柔性减阻表面、超疏水减阻表面和超滑液体灌注多孔表面（即超滑表面，slipperyliquid-infused surfaces，slips）是目前广为关注的减阻材料。这些减阻材料与减阻技术主要关注水流场与材料表面的摩擦阻力。然而，水环境复杂多变。特别是海洋石油勘探、海洋油船漏油等水体，不仅存在水还存在大量难处理的油污。油污与常规减阻材料往往具有较好的亲和性，产生严重的油污污染，使得摩擦阻力增大，而且材料表面的清洗难度增加，造成运营成本提高。另外，含油水体中可能含有抗生素、染料、细菌等污染物，加剧减阻材料污损。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种多层低阻力抗污染多孔复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

2、本发明的另一目的还在于提供所述多层低阻力抗污染多孔复合材料的应用。

3、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

4、本发明实施例提供了一种多层低阻力抗污染多孔复合材料的制备方法，其包括：

5、（1）将聚合物溶液施加于基体上，于水蒸汽浴中暴露，以蒸汽-热致诱导相分离法构建多孔聚合物膜；

6、（2）将包含聚丙烯酸、均聚物、反应单体、聚乙二醇二丙烯酸酯和2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮的第一混合水溶液施加于步骤（1）制得的多孔聚合物膜上，并进行紫外辐照，制得多孔凝胶聚合物膜；

7、（3）将步骤（2）制得的多孔凝胶聚合物膜浸置于包含铁盐和有机酸的第二混合水溶液中进行第一反应，之后浸置于2-甲基吡唑水溶液中进行第二反应，从而在多孔凝胶聚合物膜表面原位生长低晶金属有机框架层，制得多孔凝胶聚合物膜/低晶金属有机框架复合材料；

8、（4）将步骤（3）制得的多孔凝胶聚合物膜/低晶金属有机框架复合材料浸置于包含复合金属盐和添加剂的第三混合水溶液中进行第三反应，在低晶金属有机框架层上原位生长双金属氧化物层，得到多孔凝胶聚合物膜/低晶金属有机框架/金属氧化物复合材料，即制得多层低阻力抗污染多孔复合材料。

9、在一些实施方案中，所述制备方法包括：将所述聚合物溶液均匀刮涂在基体上，于相对湿度为60~100%、温度为0~60℃的水蒸汽浴中暴露1s~30min，利用蒸汽-热致诱导相分离法构建多孔聚合物膜。

10、在一些实施方案中，所述制备方法包括：将所述第一混合水溶液刮涂于步骤（1）制得的多孔聚合物膜上，并以波长为185~365nm、功率为100~1000w的紫外线高压汞灯照射1s~60min，制得所述多孔凝胶聚合物膜。

11、本发明实施例还提供了由前述方法制备的多层低阻力抗污染多孔复合材料。

12、在一些实施方案中，所述多层低阻力抗污染多孔复合材料包括其厚度方向上依次层叠设置的多孔凝胶聚合物膜、低晶金属有机框架层和双金属氧化物层。

13、本发明实施例还提供了前述多层低阻力抗污染多孔复合材料于船舶防污、减阻与提速、水分离或净化领域中的应用。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

15、本发明制备的多层低阻力抗污染多孔复合材料多层优势互补、多功能耦合，具有优异的水下超疏油特性、超低的水下油粘附特性、高效的杀菌与催化降解污染物的抗污染特性，实现船舶防污、减阻与提速及含油废水分离与净化。

技术特征：

1.一种多层低阻力抗污染多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：将聚合物加入有机溶剂中，于10~120℃搅拌溶解0.5~24h，得到所述聚合物溶液；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚砜中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述有机溶剂包括二甲基砜、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中的任意一种或两种以上的组合；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一混合水溶液包括1~10wt%的聚丙烯酸、1~10wt%的均聚物、0.5~15wt%反应单体、0.1~4wt%的聚乙二醇二丙烯酸酯和0.1~2wt%的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将所述第一混合水溶液刮涂于步骤（1）制得的多孔聚合物膜上，并以波长为185~365nm、功率为100~1000w的紫外线高压汞灯照射1s~60min，制得所述多孔凝胶聚合物膜。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第二混合水溶液包括0.5~5wt%的铁盐和0.1~15wt%的有机酸；和/或，所述铁盐包括氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述有机酸包括富马酸、乙酸、2-氨基对苯二甲酸中的任意一种或两种以上的组合；

7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第三混合水溶液包括0.1~20wt%的复合金属盐和0.1~2wt%的添加剂；和/或，所述复合金属盐包括硝酸钴、硝酸铜、硝酸锰中的任意两种，且二者之间的质量比为1:9~9:1；

8.由权利要求1-7中任一项所述制备方法制得的多层低阻力抗污染多孔复合材料，其特征在于，所述多层低阻力抗污染多孔复合材料包括其厚度方向上依次层叠设置的多孔凝胶聚合物膜、低晶金属有机框架层和双金属氧化物层。

9.根据权利要求8所述的多层低阻力抗污染多孔复合材料，其特征在于：所述多孔凝胶聚合物膜的厚度为1~750µm，孔隙率为72~95%；和/或，所述低晶金属有机框架层的厚度为50nm~300µm；和/或，所述双金属氧化物层的厚度为10nm~100µm；

10.权利要求8或9所述的多层低阻力抗污染多孔复合材料于船舶防污、减阻与提速、水分离或净化领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种多层低阻力抗污染多孔复合材料及其制备方法与应用。所述多层低阻力抗污染多孔复合材料包括依次层叠设置的多孔凝胶聚合物膜、低晶金属有机框架层、双金属氧化物层。所述制备方法包括：利用蒸汽‑热致诱导相分离法与紫外辐照构建多孔凝胶聚合物膜，之后通过配体竞争策略原位生长低晶金属有机框架；以及通过常压溶剂热法原位合成双金属氧化物，制得多层低阻力抗污染多孔复合材料。本发明制备的多层低阻力抗污染多孔复合材料多层优势互补、多功能耦合，具有优异的水下超疏油特性、超低的水下油粘附特性、高效的杀菌与催化降解污染物的抗污染特性，实现船舶防污、减阻与提速及含油废水分离与净化。技术研发人员：朱丽静,曾志翔,杨玉玲,朱萍,王刚受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2