張雪梅　王　航　王　廣　高云艷　付　峰　高曉明　牛鳳興

摘　要　近年來因仿生界面材料特殊的表面效應,將其應用于油/水混合物高效分離領域引起了國內外研究者的極大關注.采用TiO２ 和月桂酸對棉布進行表面改性,制備出超疏水/超親油棉布,其表面水接觸角高達１５６°,通過搭建連續分離裝置,可實現油/水混合物的快速、高效、連續分離,且經過２０次循環分離,分離效率仍高達９４％.超疏水棉布制備工藝簡單、成本低廉、環境友好,無需特殊的設備,在海上石油及有機化學品泄漏導致的水污染處理領域

具有良好的應用前景.

關鍵詞　棉纖維,超疏水,超親油,油水分離

近年來隨著城市化和工業化進程的加快,水體中油類污染物和海上石油泄漏的問題日益突出,對人類健康、水環境以及生態環境平衡造成了很大的危害,油污染水源已成為全球亟需解決的重要環境問題之一[１Ｇ３].研究人員發現,超疏水材料由于其特殊的表面效應[４Ｇ５],在油/水混合物的分離領域已得到廣泛應用.目前超疏水棉布應用于油水分離領域已有報道[６Ｇ９],但現有報道大多數采用昂貴的低表面能物質修飾材料表面或是制備過程需要特殊設備.因此,開發一種制備過程簡單、成本低廉、環境友好、可重復使用的油水分離材料已迫在眉睫.

本研究報道了TiO２/硬脂酸棉布的制備方法,即在棉纖維骨架表面修飾納米TiO２ 顆粒增加其表面粗糙度,再用硬脂酸進行表面改性,降低其表面能.棉織物和硬脂酸都是可再生可降解的物質,納米TiO２ 也是一種低成本環境友好的物質.因此,制備的超疏水材料可以作為傳統油水分離材料的環保替代品,在今后的工業油/水分離和海上石油泄漏油回收領域中有一定的應用前景.

１　實驗部分

１.１　材料與儀器

棉布,市售;月桂酸(分析純),國藥集團化學試劑有限公司;納米TiO２、油紅O、亞甲基藍,均為分析純,Macklin公司;無水乙醇、正己烷、正辛烷、甲苯、十六烷、氯仿,天津市天力化學試劑有限公司;汽油、柴油,中國石油化工集團公司.

接觸角測試儀(DMoＧ５０１型),日本協和界面科學株式會社;傅里葉紅外變換光譜儀(FTＧIR,TensorⅡ型),德國布魯克公司;掃描電子顯微鏡(SEM,EVOＧ１８型),德國蔡司公司;鼓風干燥箱(DHGＧ９０１３A型),上海一恒科學儀器有限公司;超聲波清洗機(CJＧ００９SD型),上海德意生公司.１.２　超疏水棉纖維的制備

將原始棉布采用蒸餾水和無水乙醇溶液交替洗滌數次,隨后經完全干燥的棉布浸于TiO２ 的乙醇溶液(２％,wt,質量分數,下同)中,超聲分散３０min.取出棉布置于干燥箱中８０℃下干燥９０min,得到負載TiO２ 的棉布.將以上TiO２/棉布完全浸于月桂酸無水乙醇溶液(４％)中室溫下表面改性１８h,將經改性后的棉布置于干燥箱中完全干燥,即可得到超疏水/超親油棉布.

２　結果與討論

２.１　超疏水棉纖維材料的表征

本實驗測得超疏水棉布的水接觸角為１５６°,因此,改性后棉布具有優異的超疏水性能.原始棉布、超疏水棉布和月桂酸的FTＧIR 譜圖見圖１.

圖１　原始棉布(a)、超疏水棉布(b)和月桂酸(c)的FTＧIR譜圖

由圖可知,棉布的主要成分為纖維素,其在１０００~１２００cm－１范圍內的吸收峰為纖維素特征吸收峰,３５００~３０００cm－１ 范圍內為—OH 伸縮振動峰[１０].在月桂酸的FTＧIR 譜圖中,２９２０cm－１ 處為—CH２ 的不對稱伸縮振動峰,２８４４cm－１處為—CH２的對稱伸縮振動峰,１６９８cm－１ 處為C