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第 4 期 张雪梅，等: 磁驱动超疏水海绵制备及油水分离性能 ·623·
疏水材料具有高拒水、高亲油和快捷回收油品的性 醇溶液（以无水乙醇为基准）中，室温下表面改性
能，其研究得到快速发展。目前，聚氨酯海绵由于 18 h。表面改性后的 Fe 3O 4/海绵于 90 ℃下热处理 6 h，
其三维网络结构易于储存油品，高弹性可通过挤压 即可得到磁驱动超疏水海绵材料。
循环利用，在油水分离领域的应用已有报道 [4-6] ，现 1.3 结构表征与性能测试
有的报道中多采用昂贵的低表面能试剂或复杂的制 FTIR：采用溴化钾压片法对原始海绵和超疏水
备过程 [7-8] 。因此，开发一种制备方法简单、成本低 海绵样品进行 FTIR 测试，波数范围：3800~400 cm 。
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廉、环境友好、可磁驱动和油水分离效率高的超疏 XRD 测定条件：靶材 Cu，管电压 40 V，管电流 40 mA，
水海绵材料已迫在眉睫。 扫描范围为 20~80。TG 测试条件：升温从室温
本文将纳米 Fe 3 O 4 和硬脂酸分两步固定在聚氨 ~450 ℃，升温速率 10 ℃/min。SEM：工作电压 3~
酯海绵骨架表面，从而在海绵骨架上形成均匀分布 15 kV。力学性能测试：采用电子万能试验机，规定
的微纳米分级结构。Fe 3 O 4 纳米粒子的存在使海绵具
为 5 N 负荷及 10 mm/min 的拉伸速率。疏水性测试：
有磁性，微纳米分级结构和疏水性官能团使海绵具 采用接触角测试仪，取 4 μL 水滴室温下静置 1 min
有优异的超疏水性。将制备的这种海绵长时间放置 后测试。
于苛刻环境下测定其稳定性，且在多次循环油水分
离后，测定其油回收效率。有望为应用于海洋溢油和 2 结果与讨论
工业含油废水连续的分离领域材料的开发提供参考。
2.1 表面性能
1 实验部分 将水分别滴在原始海绵和改性后的海绵表面如
图 1a、b 所示，通过对比发现，水滴在改性后的海
1.1 试剂与仪器 绵表面接近球形，说明改性后的海绵比原始海绵的
硬脂酸、NaOH、HCl、甲苯、氯仿、正己烷， 疏水性大大提高。如图 1c 所示，改性后的海绵自身
AR，国药集团化学试剂有限公司；纳米 Fe 3 O 4 （质 重量很轻，将其放在花瓣上花瓣并没有被压弯，依
量分数 99.5%，粒径 20 nm）、油红 O，AR，上海麦 然保持原样。如图 1d 所示，水和正己烷（用油红 O
克林生化科技有限公司；无水乙醇、正己烷、十六 染色）滴在改性后的海绵表面效果，当正己烷滴落
烷，AR，天津市天力化学试剂有限公司；聚氨酯海 在超疏水海绵表面上时，很快就被吸收了。相反地，
绵，本地购买；花生油，鲁花集团；汽油、柴油， 水滴则保持球形形状。表明该材料具有优异的亲油
中国石油天然气股份有限公司；原油，陕西延长石 和疏水性。改性后的海绵经接触角测试仪检测其表
油集团有限公司。 面浸润性，测量的水接触角高达 158，如图 1e 所示。
EVO-18 扫描电子显微镜（SEM），德国蔡司公 以上现象表明改性后的海绵具有良好的超疏水/超
司；7000 X 射线衍射（XRD）仪，日本岛津公司； 亲油性。
TENSOR Ⅱ 傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪，德
国布鲁克公司；DMo-501 接触角测试仪，日本协和
界面科学株式会社；STA449F3 热重分析（TG）仪，
德国耐驰公司；XBD2203 微机控制电子万能试验
机，温州亿佰亿机电设备有限公司；DHG-9013A 鼓
风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；CJ-009SD
超声波清洗机，上海德意生公司。
1.2 方法
将聚氨酯海绵切割成 1 cm×2 cm×2 cm 大小的小
块，分别用无水乙醇和蒸馏水交替超声波（功率 80 W）
清洗 30 min，在 80 ℃下进行干燥，干燥完全后置于
干燥皿中备用。取几块前处理好的海绵完全浸于质
a—原始海绵上的水滴；b—超疏水海绵上的水滴；c—花瓣上的
量分数为 0.3%的纳米 Fe 3 O 4 无水乙醇溶液（以无水
超疏水海绵；d—超疏水海绵上的水滴和油滴；e—超疏水海绵
乙醇为基准）中，置于超声波清洗器内分散 30 min。 的水静态接触角测试图
取出 Fe 3 O 4 /海绵置于鼓风干燥箱 80 ℃下至完全干 图 1 样品的表面性能
燥，再将其完全浸于质量分数为 2%的硬脂酸无水乙 Fig. 1 Surface properties of samples
