Page 115 - 《精细化工》2021年第10期

第 10 期 于丹凤，等: SiO 2 改性聚丙烯纤维棉对油水乳状液的高效分离 ·2045·

如图 4a 所示，未经过改性处理的 PP 纤维棉表
面水接触角(WCA)~150°，油接触角(OCA)~0°，说明
PP 纤维棉本身是疏水亲油的。经过亲水 SiO 2 处理
后，水滴和油滴很快在 PP 纤维棉表面铺展开，油和
水接触角均约为 0°（图 4b），说明改性后 PP 纤维棉
在空气中表现出超双亲性质。而经过疏水 SiO 2 改性
后，其对水的接触角增加至~157°，疏水性纳米颗粒
的引入提高了表面粗糙度，因此接触角增加，从疏
水转变为超疏水状态（图 4c）。
2.4 油-水乳状液分离性能
改性后 PP 纤维棉由于其表面孔隙结构的变化
及对油和水的润湿性差异，可对不同形式乳状液进
行分离，分离结果如表 1 和图 5 所示。将 W/O 或
O/W 型乳状液加入到分离装置上端玻璃管中，将改
性后 PP 纤维棉夹在两个玻璃管之间，仅依靠重力即
可对油-水乳状液进行快速分离，从下端回收得到分

离后的油相或水相。从图 5 中可以看出，经过 3%
图 3 未处理的 PP 纤维棉（a）、3%亲水 SiO 2 改性 PP 纤 亲水性 SiO 2 改性的 PP 纤维棉可对水/甲苯型乳状液
维棉（b）、5%亲水 SiO 2 改性 PP 纤维棉（c）、5% 进行分离，分离后水相停留在棉中，而油相穿过棉
疏水 SiO 2 改性 PP 纤维棉（d）的扫描电镜图（百 孔道，回收到烧杯中。实物照片显示乳状液从分离
分数均为质量分数，下同） 前的不透明状态转变为透明状态，光学显微镜视野
Fig. 3 SEM images of original PP cellucotton (a), modified
PP cellucotton with 3% hydrophilic SiO 2 (b), modified 中可观察到分离前乳状液呈球状液滴密集分布，分
PP cellucotton with 5% hydrophilic SiO 2 (c) and 离后视野中未发现油滴或水滴存在。当亲水性 SiO 2
modified PP cellucotton with 5% hydrophobic SiO 2
(d) (percentages are all mass fractions, the same 质量分数提至 5%时，可实现甲苯/水型乳状液的分
below) 离，值得注意的是，从分离现象看，此时水相透过
PP 纤维棉，而油相截留在棉上表面，说明其与 3%
2.3 改性前后 PP 纤维棉的表面润湿性
亲水性 SiO 2 改性 PP 纤维棉分离油-水乳状液具有截
材料表面对水和油的润湿性差异决定了其是否
然不同的分离机制。对于疏水 SiO 2 改性的 PP 纤维
可以进行油相和水相的分离，改性前后的 PP 纤维棉 棉，结果显示，其只可分离水/甲苯型乳状液，分离
表面润湿性如图 4 所示。 过程中，油相透过棉，水相则被截留在棉上表面。

图 4 未处理的 PP 纤维棉（a）、3%亲水 SiO 2 改性 PP 纤
维棉（b）、5%疏水 SiO 2 改性 PP 纤维棉（c）的表
面润湿性对比
Fig. 4 Surface wettability of original PP cellucotton (a),
modified PP cellucotton with 3% hydrophilic SiO 2
(b), and modified PP cellucotton with 5% hydrophobic
SiO 2 (c)