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·1938· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷
从图 3 可以看出其粒径约为 10 nm，球形度较 的透光度缓慢上升，并在 pH=4 时达到峰值 99.4%，
好，且粒径分布均一。由于电子束对不同密度的材 随后透光度迅速下降，并在 pH=6 后降低到 0，其除
料穿透能力不同，可通过图像的明暗程度描述粒子 油率也表现出类似的规律。当 pH<3 时，溶液中过
+
的化学组成差异。其中外部颜色较浅为 SiO 2 -KH-550 高的 H 浓度会部分中和乳化油滴表面的负电荷，使
的壳层，内部颜色较深的为 Fe 3 O 4 磁性纳米粒子的 其表面负电荷密度降低，影响 A-MNPs 对油滴的吸
核层，纳米粒子呈现出明显的双层结构，因此，所 附能力；随着 pH 增加，溶液酸性减小碱性增强，
合成的 A-MNPs 为核壳型纳米粒子，其粒径在 10 nm 油滴表面的负电荷密度逐渐增加，A-MNPs 对油滴
左右。 的吸附能力增强，除油效果变好，当 pH=4 时除油
2.1.4 粒径分析 率达到最大值；pH>6 时氨基难以解离因而失去对带
图 4 为 A-MNPs 在室温、pH=7 的条件下测得的 负电荷油滴的静电吸附能力，已吸附纳米粒子的油
粒径分布情况。 滴会因静电作用消失而发生解吸，此时 A-MNPs 失
去除油能力。Lv [19] 、李静 [20] 、郝仕油 [21] 、Saebom [15]
等的研究也发现类似的规律。
A-MNPs 在乳化油滴表面的有效吸附是实现油
水磁性分离的必要前提。在显微镜下，A-MNPs 的
微观吸附情况如图 6 所示，其中，ρ(A-MNPs)=
100 mg/L，污水含油质量浓度 1 g/L。
在光学显微镜中可以观察到，pH=4 时（图 6a），
A-MNPs 在水相中分散比例较低，大部分吸附在油
滴表面，这主要是由于 A-MNPs 表面接枝了 KH-550
图 4 A-MNPs 的粒径及其粒径分布 使其具有氨基结构，在酸性条件下易于质子化形成
Fig. 4 Particle size and particle size distribution of A-MNPs 带正电荷铵离子，因此 A-MNPs 可通过静电相互作
用在带负电荷的乳化油滴表面进行吸附，促使油滴
由图 4 可见，A-MNPs 的平均粒径为 82.28 nm。
磁化，并且基于相同电荷粒子之间的静电排斥作用，
由纳米粒度仪得到的颗粒直径大于 TEM 测量值，这
A-MNPs 分散性更好。
主要是由于纳米粒度仪所测粒径为 A-MNP 粒子的
而 pH=11 时（图 6b），A-MNPs 主要分散在水
水化直径，其值比粒子的实际粒径大。并且纳米粒
子出现部分团聚现象也会导致测试结果偏大 [12] 。 相中，而在油滴表面吸附量很小，这主要是由于碱
性条件下 A-MNPs 表面的氨基结构为电中性，无法
2.2 pH 对除油率的影响
通过静电作用对油滴进行吸附，只是由于其较大比
在室温、(A-MNPs)=375 mg/L、污水初始含油
表面积而发生少量的吸附，此时粒子间的静电斥力
质量浓度 10 g/L 的条件下，pH 对含油污水透光度和
消失，A-MNPs 更容易发生团聚。
除油率的影响结果见图 5。
因此，A-MNPs 这种 pH 响应的特殊性质为水处
理剂的重复使用提供了可能，通过调节污水和油泥
的 pH 可以十分便利的实现 A-MNPs 除油和再生，
这对于降低油泥量和污水净化成本具有非常重要的
应用价值。
2.3 Fe 3 O 4 、Fe 3 O 4 @SiO 2 、A-MNPs 除油能力对比
在室温、pH=4、污水初始含油质量浓度 10 g/L、
(Fe 3 O 4 )=(Fe 3 O 4 @SiO 2 )=(A-MNPs)=375 mg/L 的
条件下，三步产物的除油能力对比如图 7 所示。
经过处理后污水透光度分别为 0.12%、0.32%、
图 5 pH 对含油污水透光度和除油率的影响 98.2%。因此，Fe 3 O 4 、Fe 3 O 4 @SiO 2 磁性纳米颗粒不
Fig. 5 Effect of pH value on the transmittance and oil 具备除油能力，而 A-MNPs 表面特有的氨基结构是
removal rate of oily wastewater
实现高效除油的关键。这也与 2.1.1 中红外光谱所证
如图 5 所示，随着 pH 增大，处理后含油污水 实含有氨基基团的结论相符。
