Page 192 - 《精细化工》2021年第7期
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·1474·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

                 随着世界经济和工业的发展，含油废水的产生                          超疏水棉纤维。该法通过聚多巴胺（PDA）封装稳
            不可避免，油污染处理是全球关注的难题之一。含                             固 Fe 3 O 4 纳米粒子对棉纤维表面进行简单修饰，以
            油废水会导致严重的生态环境问题，甚至会进一步                             纳米级的 Fe 3 O 4 增加了基体表面粗糙度，再用十二
                               [1]
            威胁到生物的生存等 。目前，对含油废水的处理                             烷基三乙氧基硅烷（DTES）对改性后的棉纤维进一
            方法包括重力分离法、气浮法、电化学法、超声法、                            步改性，DTES 中含有的 C—H 长链烷基结构具有疏
            生化法和吸附分离法等           [2-4] 。超滤膜因其独特的孔径             水性，可使基体表面自由能降低。此外，Fe 3 O 4 的引
            结构，对油水混合液具有优良的分离效率。但超滤                             入使得棉纤维具有磁性，扩大了棉纤维的使用范围，
            膜价格昂贵、制备工艺复杂等缺点使得其工业化受                             如磁驱动、磁回收等。该磁性-超疏水棉纤维有望在
            到限制    [5-6] 。科研工作者致力于寻找一种制备工艺                     油水分离、油污染处理等方面得到实际应用，且在
            简单、价格低廉、分离效率高且能重复使用的环保                             防腐、磁效应等方面具有一定的拓展应用。
            材料。
                 人们观察到生活中的“荷叶效应”               [7-9] ，当水滴      1   实验部分
            滴落于荷叶表面时会迅速聚集成水珠后流走，但当
                                                               1.1   试剂与仪器
            油滴滴落于荷叶表面时，会迅速铺展开来。超疏水
                                                                   DTES 、多巴胺（ DA ）、 Tris-HCl 缓冲溶液
            表面是指静态水接触角（CA）大于 150°，滑动角                          （10 mmol/L）、Fe 3 O 4 纳米粒子（粒径 20~200 nm），
            （SA）小于 10°的表面        [10-11] 。超疏水表面上的水滴
                                                               上海阿拉丁生化科技股份有限公司；丙酮、无水乙
            近乎球形，在该表面上水滴能迅速滚离，具有自清                             醇、去离子水、氨水（质量分数 28%），广州化学试
            洁 [12-13] 、防污 [14] 、除冰 [15] 等效果。此外，超疏水材
                                                               剂厂。上述试剂均为分析纯，无需进一步纯化而直
            料因对油类物质具有超强选择吸附性而备受关注。
                                                               接使用。脱脂棉，市售，经过索氏提取器抽提除杂，
            近年来，科研工作者指出，三维多孔材料具有独特
                                                               烘干备用。
            的多孔结构、大比表面积、低密度等特点，具有广                                 Zeiss Sigma 300 型扫描电子显微镜（SEM），德
            阔的应用前景       [16] 。其中，聚氨酯海绵和三聚氰胺海                  国蔡司公司；Nicolet iS5 型傅里叶变换红外光谱仪
            绵已在油水分离方面广泛使用               [16-18] 。人工合成材料
                                                               （FTIR），美国 Thermo Fisher 公司；D8 Advance  型
            生产成本高、生物降解性差，对于自然环境可能会
                                                               X 射线衍射仪（XRD）、Dimension Edge 型原子力显
            造成不可逆转的伤害。纤维素是自然存在的一种天                             微镜（AFM），德国 Bruker 公司；TGA5500 型热重
            然高分子材料，具有生产成本低、可再生、无毒、                             分析仪，美国 TA 仪器；JC2000D 型接触角测量仪，
            生物相容以及可生物降解等特性               [19] ，在废水处理中          上海中晨数字技术设备有限公司。
            备受关注。但纤维素因其独特的分子结构，具有超                             1.2   方法
            高亲水性能，不能选择性吸附水中的油类物质和有                             1.2.1  PDA-Fe 3 O 4 磁性棉纤维的制备
                     [4]
            机溶剂等 ，使其在实际油水分离中受到极大限制。                                在 100 mL 三口烧瓶中加入 60 mL Tris-HCl 缓冲
            因此，对纤维素表面进行改性以提高其选择吸附性                             溶液、0.3 g 除杂脱脂棉、0.4 g Fe 3 O 4 纳米粒子和 0.8
            尤为重要。近期，有文献报道疏水纤维素用于油水                             g DA。在 40  ℃、300 r/min 条件下搅拌反应 10 h 后
            分离处理。如：PENG 等          [20] 成功制备了一种超疏水             取出棉纤维。用去离子水洗涤后于 70  ℃真空干燥
            纤维素/壳聚糖气凝胶用于油水分离；WANG 等                     [21]   箱中干燥 24 h 至恒重，得到 PDA-Fe 3 O 4 磁性棉纤维。
            提出了一种无氟硅助剂的固体无粒子聚合物接枝                              1.2.2  DTES-PDA-Fe 3 O 4 磁性-超疏水棉纤维的制备
            生物降解棉织物的制备方法，用于油水混合物的顺                                 在 100 mL 三口烧瓶中加入乙醇和水的混合液
            序分离和重金属离子的去除。目前，制备超疏水复合                            （两者体积比 9∶1），加入 1.2.1 节制得的 0.3 g
            材料的方法包括刻蚀法           [22] 、化学沉积   [23] 、光学镀层       PDA-Fe 3 O 4 磁性棉纤维和 1.6 mL 氨水，在 40  ℃、
            法 [24] 、层层自组装    [25] 、等离子技术法等      [26] ，具体流      300 r/min 条件下搅拌 10 min 后通过恒压滴液漏斗缓
            程多为：先在基体表面构建纳米结构以提高基体材                             慢滴加 2 mL DTES，继续反应 5 h 后取出棉纤维，
            料的表面粗糙度；再用低表面能物质改性进一步提                             用无水乙醇洗涤后于 70  ℃真空干燥箱中干燥 24 h
            高疏水性     [27] 。如纳米 SiO 2 [28-29]  、纳米 TiO 2 [30] 被广泛  至恒重，得到 DTES-PDA-Fe 3 O 4 磁性-超疏水棉纤维。
            用于构建基体材料的表面粗糙度。但是大部分在基                             1.3   结构表征与性能测试
            体材料表面构建的微米或纳米结构具有机械性能不                                 FTIR：通过红外光谱仪在 4000~500 cm           –1  内对
            稳定性等缺陷，且回收困难。                                      改性前后棉纤维进行扫描。物相分析：用 Cu K α 辐
                 本文以海洋贻贝的生物黏性和具备自清洁功能                          射（λ=1.5406 nm），在室温、电压 40 kV 和电流
            的荷叶为灵感       [31] ，采用一种简便的方法制备磁性-                  40 mA 下，在 2θ=10°~80°内分别对改性前后棉纤维
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