Page 117 - 《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 ·2047·

而该 W/O 型乳状液粒径大于经 5%疏水 SiO 2 改
性后的 PP 纤维棉孔隙（1~5 μm 之间），其孔隙能够
筛分乳状液滴。对于 O/W 型乳状液，分离前其粒径
分布范围较宽，在 0~10 μm 间，大于经 5%亲水 SiO 2
改性 PP 纤维棉孔隙（1~5 μm）。经过分离回收得到
的水滴和油滴粒径分布明显变小，约为 5~20 nm，
说明油-水乳状液得到有效分离。
为了定量分析亲水改性和疏水改性后 PP 纤维棉

对油-水乳状液的分离性能，分别计算 3%亲水 SiO 2

和 5%疏水 SiO 2 改性 PP 纤维棉对油-水乳状液的分
离效率和分离通量，结果如图 7a、b 所示。亲（疏） 蓝色代表 3%亲水 SiO 2 改性 PP 纤维棉；橙色代表 5%疏水 SiO 2
改性 PP 纤维棉
水改性后的 PP 纤维棉对水/正己烷和水/甲苯乳状液
图 7 改性 PP 纤维棉的油-水乳状液分离效率（a）和分
的分离效率都高于 99.5%，分离效率相差不大。从
离通量（b）；改性 PP 纤维棉的循环分离效率（c）
分离通量的结果来看，经过亲（疏）水改性后的 PP
和沙粒冲击后改性 PP 纤维棉的水接触角变化（d）
纤维棉对水/正己烷和水/甲苯乳状液的分离通量均 Fig. 7 Separation efficiency (a) and separation flux (b) of
2
高于 700 L/(m ·h)。同时，3%亲水 SiO 2 改性后的 PP oil-water emulsion by the modified PP cellucotton;
Cycle separation efficiency of the modified PP
纤维棉由于其孔隙较大，因此，分离通量明显高于
cellucotton (c); Water contact angles of the modified
5%疏水 SiO 2 改性处理的 PP 纤维棉的分离通量（图 PP cellucotton after silica abrasion test (d)
7b）。此外，如图 7c 所示，使用改性 PP 纤维棉分离
水/甲苯乳状液，经过 10 次循环后其油水分离效率 同时，沙粒冲击结果显示（图 7d），磨损对亲
>99.5%，表明膜具有良好的可循环使用性能。 （疏）水改性 PP 纤维棉的水接触角没有明显影响。

2.5 油-水乳状液分离机制
上述不同润湿性及粗糙度的表面，对不同形式
乳状液的分离有着截然不同的结果，因此，其分离
机制存在明显差别。为了更好区别其分离机制及为
油-水乳状液分离提供理论依据和指导，分析了分离
机制。
2.5.1 吸附聚并机制
表面润湿性对液滴在表面的聚并与否起到至关
重要的影响，水滴在亲水性表面会发生聚并，反之，
在疏水表面不会聚并 [24-25] 。由 2.4 节中实验结果，
可以发现 3%亲水 SiO 2 改性后的纤维棉表面能够快
速捕捉 W/O 乳状液中的分散相即水相，使得油相透
过棉纤维，实现 W/O 型乳状液的分离。图 8 为 W/O
乳状液通过亲水纳米 SiO 2 改性后的 PP 纤维棉的分
离机制示意图。PP 纤维经过亲水 SiO 2 改性后，形
成高能亲水表面，可捕获微米级分散水滴，使其脱
离表面活性剂的束缚，随之连续相即油相从棉纤维
的孔道中流过 [26] 。根据图 6 中粒径分布数据可知，
3%亲水 SiO 2 改性后的 PP 纤维棉孔隙是大于乳状液
液滴粒径的（R 孔径>R 液滴），乳状液能被有效分离是由
于亲水颗粒对原本疏水的 PP 纤维棉改性后，形成了
具高能表面的 PP 纤维棉，高能表面对水的亲和力比
对油的亲和力更强，可以打破由表面活性剂分子稳
定的乳状液液滴的稳定状态，使得分散相中水分子
逃离范德华力的束缚，向改性后的 PP 纤维棉表面聚
并，形成一层水膜，而油相通过孔隙渗透过去，最