Page 94 - 《精细化工》2023年第12期

·2636· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

100°±2°，这是由于原始棉布本身疏水，亲水性低， 纳米片复合滤膜能高效分离油水混合物。
而 PDA 纳米片复合滤膜表面油滴呈球形，其 UOCA
为 153°±2°，制备的 PDA 纳米片复合滤膜表现出空
气中超亲水，水下超疏油，这表明引入亲水性 PDA
纳米片提高了复合滤膜表面的亲水性，促使其表面
形成致密的水合层，从而有效地防止油滴黏附在复
合滤膜表面。与原始棉布相比，PDA 纳米片复合滤
膜的亲水性和水下疏油性得到了明显的提升。
2.4 油水分离性能
2.4.1 油水混合物分离
按 1.3.2 节，在自重作用下进行油水混合物分离
实验，PDA 纳米片复合滤膜对油水混合物分离的照
片如图 2 所示。PDA 纳米片覆盖到不同基底（尼龙
膜、疏水 PES 膜和疏水 PVDF 膜）上对不同油水混
合物的渗透通量和分离效率的结果如图 10 所示。如
图 2 所示，油相被截留在复合滤膜表面，水相快速
地通过复合滤膜，原因在于亲水层 PDA 纳米片的覆
盖增加了复合滤膜表面的粗糙度和水合能力，复合
滤膜与油水混合物接触的瞬间形成水合层，从而能
有效分离油水混合物。如图 10a 所示，PDA 纳米片
复合滤膜对不同油水混合物渗透通量和分离效率不
同，复合滤膜对环己烷/水的渗透通量最高，其膜通
2
量为 2866.24 L/(m ·h)，分离效率为 99.5%。
如图 10b~d 所示，不同基底对不同油水混合物
的渗透通量和分离效率不同，由于尼龙膜本身亲水，
相比于疏水 PES 膜和疏水 PVDF 膜，以尼龙膜为基
底的滤膜对油水混合物的渗透通量较高，尼龙膜对
2
环己烷/水的渗透通量为 1546.50 L/(m ·h)，PES 膜和
PVDF 膜对环己烷/水的渗透通量分别是 1359.24 和
2
1038.30 L/(m ·h)，3 种不同基底对油水混合物的分
离效率均在 98%以上。可以看到，PDA 纳米片可覆
盖在不同基底上，使膜表面具有亲水性能，提高了
膜表面对水的亲合力，同时致密的纳米片增加了膜
表面的粗糙程度，使滤膜能够进行油水混合物分离。
比较不同基底合成的滤膜对不同油水混合物的分离

情况，PDA 纳米片复合滤膜对油水混合物的渗透通
a—棉布；b—尼龙；c—PES；d—PVDF
量最高。因为油黏度、颗粒粒径以及表面基团和相 图 10 不同基底 PDA 纳米片复合滤膜分离不同类型的
对分子质量差距很大，导致相同膜材料对于不同油 油水混合物的通量和分离效率
水混合物渗透通量和分离效率有所差别，使用性能 Fig. 10 Flux and separation efficiency of PDA nanosheet
产生较大差别。相比其他基底，棉布表面光滑度欠 composite membrane with different substrates for
separating different types of oil-water mixtures
缺，因此棉布表面与 PDA 纳米片嵌合度高，本质还
是由于表面亲水性和粗糙度的提高，使得表面覆盖 2.4.2 乳化油分离
接枝过程加速进行，在膜内部形成了连通性良好的 采用生物显微镜观察乳液分离前后的微观图
孔结构，使得过滤性能大幅度提升。与原始棉布相 像，如图 11a~c 所示。可以看到，分离前乳化油中
比，PDA 纳米片复合滤膜的渗透通量得到了提高， 含有大量的油滴（图 11a），而经过 PDA 纳米片复合
证明经过 PDA 纳米片亲水改性后，PDA 纳米片复 滤膜过滤后（图 11b）的滤液中未发现油滴（图 11c），
合滤膜油水混合物分离性能大幅度提高。因此，PDA 证明 PDA 纳米片复合滤膜能有效分离乳化油。这是