张雪梅　王　航　王　广　高云艳　付　峰　高晓明　牛凤兴

摘　要　近年来因仿生界面材料特殊的表面效应,将其应用于油/水混合物高效分离领域引起了国内外研究者的极大关注.采用TiO２ 和月桂酸对棉布进行表面改性,制备出超疏水/超亲油棉布,其表面水接触角高达１５６°,通过搭建连续分离装置,可实现油/水混合物的快速、高效、连续分离,且经过２０次循环分离,分离效率仍高达９４％.超疏水棉布制备工艺简单、成本低廉、环境友好,无需特殊的设备,在海上石油及有机化学品泄漏导致的水污染处理领域

具有良好的应用前景.

关键词　棉纤维,超疏水,超亲油,油水分离

近年来随着城市化和工业化进程的加快,水体中油类污染物和海上石油泄漏的问题日益突出,对人类健康、水环境以及生态环境平衡造成了很大的危害,油污染水源已成为全球亟需解决的重要环境问题之一[１Ｇ３].研究人员发现,超疏水材料由于其特殊的表面效应[４Ｇ５],在油/水混合物的分离领域已得到广泛应用.目前超疏水棉布应用于油水分离领域已有报道[６Ｇ９],但现有报道大多数采用昂贵的低表面能物质修饰材料表面或是制备过程需要特殊设备.因此,开发一种制备过程简单、成本低廉、环境友好、可重复使用的油水分离材料已迫在眉睫.

本研究报道了TiO２/硬脂酸棉布的制备方法,即在棉纤维骨架表面修饰纳米TiO２ 颗粒增加其表面粗糙度,再用硬脂酸进行表面改性,降低其表面能.棉织物和硬脂酸都是可再生可降解的物质,纳米TiO２ 也是一种低成本环境友好的物质.因此,制备的超疏水材料可以作为传统油水分离材料的环保替代品,在今后的工业油/水分离和海上石油泄漏油回收领域中有一定的应用前景.

１　实验部分

１.１　材料与仪器

棉布,市售;月桂酸(分析纯),国药集团化学试剂有限公司;纳米TiO２、油红O、亚甲基蓝,均为分析纯,Macklin公司;无水乙醇、正己烷、正辛烷、甲苯、十六烷、氯仿,天津市天力化学试剂有限公司;汽油、柴油,中国石油化工集团公司.

接触角测试仪(DMoＧ５０１型),日本协和界面科学株式会社;傅里叶红外变换光谱仪(FTＧIR,TensorⅡ型),德国布鲁克公司;扫描电子显微镜(SEM,EVOＧ１８型),德国蔡司公司;鼓风干燥箱(DHGＧ９０１３A型),上海一恒科学仪器有限公司;超声波清洗机(CJＧ００９SD型),上海德意生公司.１.２　超疏水棉纤维的制备

将原始棉布采用蒸馏水和无水乙醇溶液交替洗涤数次,随后经完全干燥的棉布浸于TiO２ 的乙醇溶液(２％,wt,质量分数,下同)中,超声分散３０min.取出棉布置于干燥箱中８０℃下干燥９０min,得到负载TiO２ 的棉布.将以上TiO２/棉布完全浸于月桂酸无水乙醇溶液(４％)中室温下表面改性１８h,将经改性后的棉布置于干燥箱中完全干燥,即可得到超疏水/超亲油棉布.

２　结果与讨论

２.１　超疏水棉纤维材料的表征

本实验测得超疏水棉布的水接触角为１５６°,因此,改性后棉布具有优异的超疏水性能.原始棉布、超疏水棉布和月桂酸的FTＧIR 谱图见图１.

图１　原始棉布(a)、超疏水棉布(b)和月桂酸(c)的FTＧIR谱图

由图可知,棉布的主要成分为纤维素,其在１０００~１２００cm－１范围内的吸收峰为纤维素特征吸收峰,３５００~３０００cm－１ 范围内为—OH 伸缩振动峰[１０].在月桂酸的FTＧIR 谱图中,２９２０cm－１ 处为—CH２ 的不对称伸缩振动峰,２８４４cm－１处为—CH２的对称伸缩振动峰,１６９８cm－１ 处为C