Page 32 - 《精细化工》2021年第6期

·1094· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

酸、ZnO/硬脂酸（将 ZnO 超疏水不锈钢网表面的白 结构的空隙内，从而导致水滴悬浮在微纳米结构表
色样品刮下，与色谱纯 KBr 粉末混合研磨，压片） 面上，形成超疏水表面 [24-25] 。
和纯 ZnO 进行结构表征。
1.3.2 性能测试
对正己烷/水的混合物进行连续性油水分离测
试 [23] 。将用油红 O 染为红色的正己烷和用亚甲基蓝
染为蓝色的水按照体积比 1∶1 混合，倒入制备的不
锈钢网上，分离过程只在重力下进行。按下式计算
分离效率(φ)：
m
 / %  1  100 （1）
m 0
式中：m 0 为分离前水的质量，g；m 1 为分离后水的
质量，g。

测试 ZnO 超疏水不锈钢网的机械耐磨性能，具 图 2 原始（a）、硬脂酸修饰（b）以及 ZnO 超疏水（c、
体步骤为：将 ZnO 超疏水不锈钢网超疏水面朝下置 d）不锈钢网的 SEM 照片
于 600 目砂纸上，其上放置 1 个 100 g 砝码，水平 Fig. 2 SEM images of original stainless steel mesh (a),
拉动金属网 10 cm，往复进行 50 次，测量磨损后的 stainless steel mesh modified by stearic acid (b) and
ZnO superhydrophobic stainless steel mesh (c, d)
不锈钢网的水接触角；通过测定网面对水的分离效
率来测试 ZnO 超疏水不锈钢网多次分离油水混合物 本实验在室温下没有有机化合物辅助的条件
的循环稳定性。测试 ZnO 超疏水不锈钢网的耐盐性 下，仅采用 Zn 盐滴加入浓碱液中的方法，合成了具
能，具体步骤为：将不锈钢网浸泡在浓度为 1 mol/L 有 ZnO 纳米片和纳米花的微纳米结构，可以通过下
的 NaCl 溶液中 24 h，每隔 6 h 取出烘干后测量其水
式表达体系的反应：
接触角。测试 ZnO 超疏水不锈钢网直接从水表面分 Zn +4OH →[Zn(OH) 4 ] （2）
2+
–
2–
离油污性能，具体步骤为：将超疏水网面与水表面 2– –
[Zn(OH) 4 ] →ZnO+H 2 O+2OH （3）
的油污（被油红 O 染为红色的正己烷）直接接触观
整体反应过程包含成核阶段和生长阶段，初级
察清污效果。
原子核由板簇组成，其表面充满细小的颗粒，在随
2 结果与讨论 后的过程中，这些晶粒充当径向生长的活性部位 [22] 。
随着反应时间的延长，各个方向的短针从板簇表面
2.1 形貌分析 伸出，形成花瓣状，因而形成了纳米片和纳米花共
通过 SEM 表征原始不锈钢网、硬脂酸修饰不 存的微纳米结构。此结构正好为超疏水材料提供了
锈钢网和 ZnO 超疏水不锈钢网的表面形貌，结果见 良好的粗糙度。
图 2。 2.2 晶体结构分析
如图 2a 所示，原始网孔平均直径 50 μm（300 通过 XRD 对 ZnO 超疏水不锈钢网表面的沉积
目），网线表面光滑。图 2b 为仅硬脂酸修饰条件下， 层进行晶体结构分析，结果如图 3 所示。
网膜的微观形貌。与原始网膜相比，修饰低表面能
物质后网膜形貌没有明显变化。图 2c、d 为沉积 ZnO
并修饰硬脂酸后不锈钢网的形貌。可以看出，网膜
上沉积了大量的 ZnO 纳米片，片层直径约 10 μm，
其上生长着纳米花，花瓣长度约 100 nm。图 2d 的
插图为沉积层的 EDS 分析结果。由插图可以看出，
该超疏水层由 Zn、O、C 元素组成，说明不锈钢网
上成功沉积了硬脂酸改性的 ZnO。由 ZnO 纳米片和
纳米花组成的微纳米分级结构几乎完全覆盖了网面，
使得网面粗糙度显著增加，网孔直径缩小至 1 μm。
ZnO 在不锈钢网面上形成了高粗糙度微纳米结构， 图 3 ZnO 超疏水不锈钢网表面的 XRD 谱图
Fig. 3 XRD pattern of ZnO superhydrophobic stainless
同时包覆低表面能物质，空气可能被捕获在微纳米 steel mesh