Page 118 - 《精细化工》2021年第10期

·2048· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

终实现大孔径材料对 W/O 型乳状液的高通量分离。
因此，材料表面能的高低决定了其是否会从乳状液
液滴连续相中捕捉水滴，促进聚并，达到 W/O 型乳
状液油水的分离。

图 8 3%亲水 SiO 2 改性后的 PP 纤维棉对油-水乳状液的

分离机制示意图 图 9 5%亲（疏）水 SiO 2 改性后的 PP 纤维棉对油-水乳
Fig. 8 Oil-water emulsion separation mechanism of modified 状液的分离机制示意图
PP cellucotton with 3% hydrophilic SiO 2 Fig. 9 Oil-water emulsion separation mechanism of modified
PP cellucotton with 5% hydrophilic (hydrophobic)
2.5.2 孔径筛分机制 SiO 2 nanoparticles

结合表 1 和图 5 中的分离现象可以看出，经过
3%亲水颗粒改性后的 PP 纤维棉不能对 O/W 乳状液 3 结论
进行分离；经过 5%亲水 SiO 2 改性后的 PP 纤维棉对
O/W 型乳状液分离后，乳状液液滴分散相（油相） 通过构建系列亲（疏）水 SiO 2 颗粒改性的 PP
停留在 PP 纤维棉上表面，而连续相（水相）透过棉 纤维棉，调控表面润湿性和孔隙度，实现了 W/O 型
乳状液和 O/W 型乳状液在重力驱动下的高效高通
的多孔结构被回收。该现象并不能用上述吸附聚并
机制解释，因为在这种情况下水作为连续相，油作 量分离。结果表明，对于孔径尺寸大于乳状液液滴
粒径的表面，可通过吸附聚并机制，制备大孔径的
为分散相，而更亲水的高能表面并不会对油滴有捕
高能表面以实现对 W/O 型乳状液的高通量分离。对
捉作用。作为连续相的水占比较大，棉表面的亲水
于孔径尺寸小于乳状液液滴粒径的表面，可通过孔
组分只能吸收很少一部分水，大量的乳状液液滴要
径筛分机制，将多孔材料表面亲水性（疏水性）与
经过孔道渗透过去。3%亲水 SiO 2 纳米颗粒修饰的
孔径效应结合以实现 O/W 型（W/O 型）乳状液的分
PP 纤维棉由于孔径大于乳状液液滴的粒径，因此不
离。此研究可为未来油-水乳状液分离材料的设计、
能对小液滴截留和分离。当亲水 SiO 2 纳米颗粒质量
优化和应用提供理论依据和技术指导。
分数增至 5%时，实现了对 O/W 型乳状液的分离。
而同样地，经过 5%疏水 SiO 2 改性后的 PP 纤维棉可 参考文献：
对 W/O 型乳状液进行分离，分离后回收得到连续相 [1] LI X, ANG W L, LIU Y D, et al. Engineering design of outer-selective
油相。这两种分离情况的共同之处在于，经过高浓 tribore hollow fiber membranes for forward osmosis and oil-water
separation[J]. Aiche Journal, 2015, 61(12): 4491-4501.
度纳米颗粒处理后的 PP 纤维棉孔径明显减小，小于 [2] SHANNON M A, BONN P W, ELIMELECH M, et al. Science and
乳状液液滴的粒径（R 孔径<R 液滴），即通过 PP 纤维棉 technology for water purification in the coming decades[J]. Nature,
2008, 452(7185): 301-310.
的狭窄孔道实现了对乳状液液滴的筛分和过滤功
[3] PETERSON C H, RICE S D, SHORT J W, et al. Long-term ecosystem
能，使得连续相透过，而分散相被截留在 PP 纤维棉 response to the exxon valdez oil spill[J]. Sicence, 2004, 302(5653):
的上表面（图 9）。这种分离机制的关键在于将多孔 2082-2086.
[4] DENG Y, HAN D, DENG Y Y, et al. Facile one-step preparation of
材料表面润湿性与孔径效应结合，通过构建适宜大 robust hydrophobic cotton fabrics by covalent bonding polyhedral
小的孔径结构，即要求孔径尺寸要小于乳状液液滴 oligomeric silsesquioxane for ultrafast oil/water separation[J]. Chemical
Engineering Journal, 2020, 379: 122391.
的总体粒径分布范围，从而实现多孔材料对油-水乳
[5] WANG Z Y, WANG Z X, LIN S H, et al. Nanoparticle-templated
状液的筛分及选择性透过 [27-30] 。 nanofiltration membranes for ultrahigh performance desalination[J].