摘要：本研究先采用半连续种子乳液聚合工艺制备阳离子型苯丙类乳液，再通过溶胶-凝胶转相法制备表面粗糙的纤维素-SiO2复合颗粒，然后将纤维素-SiO2复合颗粒沉积至定量滤纸表面，再喷淋阳离子型苯丙类乳液使其黏附在定量滤纸上，制备一种油水分离滤纸；探讨了不同纤维素-SiO2复合颗粒的粒径、用量对油水分离滤纸抗水性能的影响；并通过油水混合液的过滤时间来计算油水分离滤纸的油水分离效率，研究了纤维素-SiO2复合颗粒的用量以及油液种类对油水分离滤纸的油水分离效率的影响。研究表明，采用粒径为13.9 μm的纤维素-SiO2复合颗粒，以8%的用量沉积到定量滤纸表面，可得到性能最优的油水分离滤纸，此时油水分离滤纸对水的静态接触角为143.7°，对十六烷与水混合液的分离效率为99.7%。
关键词：阳离子乳液；纤维素；油水分离
中图分类号：TS761.2
文献标识码：A
DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.05.002
Abstract：In this research， cationic styrene-acrylic emulsion was prepared by semi-continuous seed emulsion polymerization. The cellulose-SiO2 composite particles prepared by sol-gel phase inversion method with deposited on to the filter paper， the oil-water seperation filter paper was prepared by spraying cationic styrene-acrylic emulsion on it. The influences of particle size and deposit amount of cellulose-SiO2 particle on the water resistance of the oil-water seperation filter paper were investigated. The oil-water separation efficiency of the filter paper was calculated based on the amount of water from the oil-water mixture， and the effects of the amount of deposited particles and the type of oil on the oil-water separation efficiency of the filter paper were studied. The results showed that the best performance of the oil-water separation filter could be obtained when the diameter of composite particles was 13.9 μm and the deposit amount was 8%. The static contact angle of the filter paper to water was 143.7 °. The separation efficiency of a mixture of alkane and water could reach 99.7%.
Key words：cationic emulsion； cellulose； oil-water separation
随着全球工业发展，石油产品的使用量在不断增加，与此同时在石油产品开采、运输、加工等环节中，不断有原油和石油加工品泄漏，对环境和生态系统造成严重的影响[1]。此外，汽车燃油中含水超限会恶化发动机的工作状态和使用寿命，严重影响行车安全[2]。所以，从水回用、油回收和环境治理等几个方面考虑，无论是治理含油废水还是脱除油液中的水分，油水分离过程都极为迫切与必要。传统的油水分离方法包括重力分离法、离心分离法、蒸馏分离法和压滤分离法等，这些分离方法需要高能耗才能达到油水分离的效果[3]。近年来，疏水亲油性的材料因二次污染小、低能耗和高效率等优点而被广泛应用于油水分离领域[4]。
江雷等人[5]报道了一种由疏水材料制备的网膜，并提出应用于油水分离的设想，给广大学者提供了具有创意的思路。Wang等人[6]将经过预处理的不锈钢网膜浸渍于含有1H、1H、2H、2H-六氟化三氧基硅烷的溶液中，烘干后得到具有疏水性和亲油性的网膜，可以对油和水进行有效地分离。Lee等人[7]将碳纳米管种植在不锈钢网表面得到疏水/亲油的滤网，具有優良的油水分离性能。Wang等人[8]将滤纸浸渍于纳米SiO2粒子和聚苯乙烯甲苯溶液的混合液中，制备出疏水/亲油的滤纸，可用于多种油液的油水分离。
与其他材料相比，植物纤维抄造的滤纸因成本低、体积小、质量轻、便于清洗等优点，具有广泛的应用前景[9]。苯丙乳液原料来源广泛，合成工艺简单，聚合物抗水性能良好且成膜性优良[10]。通过苯丙乳液对滤纸进行增强，可在提高滤纸力学性能的同时，赋予滤纸优良的油水分离性能[11]。滤纸的油水分离效率与滤纸表面对水和油的润湿性有关。润湿性是固体表面的重要特征之一，由表面的化学组成和微观形貌共同决定[12]。因此，在构建特殊润湿性表面时，表面微观形貌尤为重要。增大滤纸表面的粗糙度可以提高滤纸表面的疏水性，从而提高滤纸的油水分离效率[13]。荷叶的自清洁效果引起人们的很大兴趣，这种自清洁特性由荷叶表面的微米级凸起以及表面疏水的蜡状物质共同引起[14]。受“荷叶效应”的启发，人们使用刻蚀法[15]、电喷雾法[16]、等离子体处理法[17]、气相沉积法[18]、物理沉积法[19]等方法在材料表面构建类似于荷叶的表面结构，以增大材料表面的润湿性。其中，物理沉积法因操作简单，效果显著而被广泛使用[20]。