超疏水三聚氰胺海绵粉末的制备及破乳性能.docxVIP

第39卷第8期

高分子材料科学与工程

Vol.39,No.8

2023年8月

POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING

Aug.2023

超疏水三聚氰胺海绵粉末的制备及破乳性能

邓志鹏，赵学之，冯玉军

（四川大学高分子研究所高分子材料国家重点实验室，四川成都610065）

摘要：通过氯化铝溶液和甲基三氯硅烷溶液两步浸泡法制备了一种超疏水三聚氰胺海绵粉末，并对改性样品进行了扫描电镜、红外光谱和X射线光电子能谱分析。从微观结构和化学组成两方面共同揭示了粗糙度增加、硅烷化以及金属离子配位三者协同作用的超疏水转变机理。验证了压实的改性三聚氰胺粉末作为过滤材料用于“油包水”乳液高效分离的性能，讨论了润湿性、压实程度、初始含水率及粒径大小对于海绵粉末破乳性能的影响，发现适当提高材料疏水性、粉末压实程度，降低乳液初始含水率、减小粉末粒径可以有效改善其破乳效率。

关键词：超疏水；三聚氰胺海绵粉末；油水分离；乳液

中图分类号：TQ323.3文献标识码：A文章编号：1000-7555（2023）08-0001-08

全球工业的持续蓬勃发展不可避免地伴随着大量油水混合物的产出，这些工业产物如果不能被及时有效地处理，将会极大地影响企业效益并严重污染环境[1]。根据外观形貌，这些混合物主要可以分为层状油水混合物和乳状油水混合物[2]，其中后者因为表面活性剂的乳化作用而具有相对较好的动力学稳定性，如何对其进行高效分离一直是困扰工业界的难题[3]。

传统的乳液分离方法都存在一定的自限性[4]，例如，离心分离、电脱水、气浮分离等物理方法能耗高、效率低且需大型仪器设备辅助；化学破乳法适应性差，且由于破乳剂本身的毒性和腐蚀性易造成二次污染[5]；生物法成本高、机理不明晰，尚未被广泛地使用。目前，一种通过材料润湿性尤其是超润湿性来实现乳液高效快速分离的方法逐渐受到关注[6~8]，该方法通过对材料进行修饰改性以改变其表面粗糙结构及表面能，使得其具备不同的油水选择性从而达到乳液分离的目的。

三聚氰胺海绵由于其来源广泛、价格低廉、易于改性且具有优异的储油性能而被视作良好的改性基材。Ding等[9]利用过渡金属盐溶液浸泡三聚氰胺海绵的方法使其获得疏水性，测得水接触角约为

130°;高慧敏等[10]通过氯硅烷溶液浸渍的方法也获得了最大水接触角为143°的疏水三聚氰胺海绵。然而这2种改性方法均未能将海绵改性至超疏水，并且制得的海绵块均只能对层状油水混合物进行有效分离，鲜见将三聚氰胺海绵直接用于乳液高效分离的相关报道，主要是因为多孔海绵无法满足乳液分离对于孔径的要求，其本身数百微米的大孔结构使得乳液中微纳尺寸的分散相液滴也能轻易通过而不能实现油水分离，Yang等[11]发现未经压缩的超疏水三聚氰胺海绵块对于正己烷包水乳液的破乳效率仅能达到22.87%，

针对以上问题，本文的思路是首先通过高速粉碎使其变为小粒径的粉末颗粒，然后将其依次在氯化铝溶液和甲基三氯硅烷溶液中浸泡以实现超疏水改性，再通过压实作用进一步降低其内部通道尺寸，以满足乳液分离对于材料润湿性和孔径大小的要求。通过结构表征并结合相关文献分析，明晰了海绵粉末由超亲水向超疏水转变的机理；借助重力破乳实验，验证了压实的改性海绵粉末作为过滤材料用于油包水乳液高效分离的优异性能；此外还考察了相关物性参数对于改性海绵粉末破乳性能的影响。

doi:10.16865/ki.1000-7555.2023.0171

收稿日期：2023-04-28

基金项目：国家自然科学基金石油化工联合基金A类项目（U1762218）

通讯联系人：冯玉军，主要从事智能及水溶性高分子材料研究，E-mail：yjfeng@

2高分子材料科学与工程2023年

1实验部分

1.1试剂与仪器

三聚氰胺海绵（MS）：北京可琳美新材料有限公司；六水合氯化铝（AlCl3·6H2O）：=97%，郑州派尼化学试剂厂；甲基三氯硅烷（MTCS）：98%，上海泰坦科技有限公司；正己烷：=97%，天津福晨化学试剂有限公司；正十二烷：=98%，天津市