孫曉晗　郭于田　龍瑞　許月偉　王成毓

摘要：近年來(lái)石油泄漏而造成海洋污染的事件頻頻發(fā)生，為解決海上溢油所帶來(lái)的嚴(yán)重水體污染問(wèn)題，以棉布為基底，通過(guò)低溫水熱合成法，在棉布表面構(gòu)建含有CoFe2O4粒子的磁性粗糙結(jié)構(gòu)。配制正己烷和十八烷基三氯硅烷（OTS）的混合溶液，采用浸漬法對(duì)棉布進(jìn)行表面疏水改性，制備出具有磁性能的超疏水棉布。通過(guò)SEM、VSM、XRD、EDS、FTIR和接觸角測(cè)量進(jìn)行表征。結(jié)果表明，改性后棉布的疏水性和磁性能良好，其平均接觸角為152°，矯頑力為71.21 Oe，飽和磁化強(qiáng)度為2.296 emu/g。在60 d的老化過(guò)程中，其接觸角在150°左右。通過(guò)油回收實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)輕油的回收率為99.0%，對(duì)原油的回收率為93.7%，且經(jīng)過(guò)多次循環(huán)回收實(shí)驗(yàn)，對(duì)油的回收效率仍保持在較高的水平。使用后的改性棉布可以利用其磁性進(jìn)行回收，洗滌烘干后可再次利用，同時(shí)改性棉布完全過(guò)濾了回收的油中的水分，所以回收后的油無(wú)需除水便可直接使用。此研究結(jié)果為海上溢油問(wèn)題提供了一種良好的解決方法。

關(guān)鍵詞：超疏水;棉布;磁性;CoFe2O4;海上溢油;原油回收

中圖分類(lèi)號(hào)：TS76;TE991.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8023（2019）03-0054-09

Preparation and Application of Magnetic Superhydrophobic Cotton Cloth

SUN Xiaohan， GUO Yutian， LONG Rui， XU Yuewei， WANG Chengyu*

（School of Materials Science and Engineering， Northeast Forestry University， Harbin 150040）

Abstract：Recent years， oil spills occurred frequently which caused marine pollution. In order to solve the problem of serious water pollution caused by marine oil spills， choosing cotton as base to build the magnetic rough structure on the surface containing CoFe2O4 nanoparticles through low-temperature hydrothermal synthesis method. Then it was modified by a mixture of n-hexane and octadecyl trichlorosilane （OTS） on the cotton surface to make it hydrophobic by the means of impregnation method. Finally， the magnetic superhydrophobic cotton cloth was prepared after drying. It was characterized by SEM， VSM， XRD， EDS， FTIR and contact angle test. Results showed that it had good hydrophobic and magnetic property. Its average contact angle was 152°. Its coercivity was 71.21 Oe and saturation magnetization was 2.296 emu/g. During 60 days of aging test， the contact angle of cotton cloth was still about 150°. The results of the recovery of light oil and crude oil by magnetic super-hydrophobic cotton cloth were as follows： the recovery rate of light oil was 99.0% and the recovery rate of crude oil was 93.7%. After repeated recycling experiments， the recovery efficiency of oil remained high level. Modified cotton cloth that had been used can be recycled by its magnetic property after washing and drying. The modified cotton cloth can completely filter moisture in the recovered oil， so it can be used directly. The results of this study provide a good solution for offshore oil spill.

Keywords：Superhydrophobic; cotton cloth; magnetic; CoFe2O4; oil spill; crude oil recovery

0引言

近年來(lái)由于海上石油泄漏而造成海洋污染的事件頻頻發(fā)生[1-2]，水體污染和環(huán)境破壞等問(wèn)題亟待解決。超疏水是仿生學(xué)的一種[3]，超疏水表面是指水滴的滾動(dòng)角在10°以下且接觸角在150°以上的表面[4]，由于在工業(yè)以及一些基礎(chǔ)研究中具有較高的應(yīng)用價(jià)值而引起了科學(xué)家們的極大關(guān)注，一般來(lái)說(shuō)可以利用能降低表面能的物質(zhì)對(duì)粗糙表面進(jìn)行修飾而獲得[5]。科研人員發(fā)現(xiàn)用疏水親油材料通過(guò)油水分離可以解決海上溢油問(wèn)題。目前為止此研究領(lǐng)域已有的研究成果包括零維油水分離粉末[6]，二維油水分離濾網(wǎng)和薄膜[7]，三維油水分離孔材料[8]等，但這些材料大多制備方法繁瑣，原料成本較高，油回收效率較低且完成吸油工作后吸附材料無(wú)法高效回收，甚至滯留在水中造成二次污染，因而不能大規(guī)模應(yīng)用[9]。

磁性材料由于能夠進(jìn)行定向移動(dòng)一直以來(lái)受到科研人員的廣泛關(guān)注，利用磁性吸附這一特性可以將吸附材料在完成油水分離后很好的分離出來(lái)。近年來(lái)，良好的疏水性、浸潤(rùn)性和磁性被證明可以用來(lái)合成吸收劑[10]，磁性吸附劑具有去除水面油污的能力，且便于磁分離，成本低，效率高，是一種很有前途的油水分離材料，在處理海上溢油問(wèn)題上有很好的應(yīng)用前景，目前也有很多應(yīng)用成功的例子。例如Thanikaivelan P[11]等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，提出了一種穩(wěn)定膠原蛋白磁性吸油劑和超順磁性氧化鐵納米顆粒，這些復(fù)合材料具有磁性和吸油性，可以應(yīng)用在除油中。Di X[12]等人提出了一種能制備磁性超疏水木粉的方法來(lái)高效的進(jìn)行油水分離。Palchoudhury S[13]等人制備了一種帶有聚乙烯吡咯烷酮涂層的氧化鐵納米顆粒，能夠快速選擇性地吸附水面上的油。

棉布是各類(lèi)棉織物的總稱(chēng)，是產(chǎn)量很大的一種服裝類(lèi)原料。這種原料廉價(jià)易得，綠色環(huán)保，具有耐熱性、耐堿性和柔軟可變形等多個(gè)優(yōu)良特點(diǎn)，其主要成分是棉纖維，具有高彈性和多孔性的特點(diǎn)。若作為吸附材料，不僅可以高效的吸收漏油，還可以將吸附的油擠出。本文總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索，提出一種更加環(huán)保、簡(jiǎn)便和低成本的磁性超疏水棉布的制備方法，希望可以廣泛應(yīng)用到海上溢油問(wèn)題的處理上。

水熱法是在一定溫度和壓力條件下利用水溶液中的反應(yīng)物以特定化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行合成的方法。在小于100 ℃的低溫下通過(guò)水熱反應(yīng)法將鐵和鈷復(fù)合到棉布表面使其具有磁性，同時(shí)構(gòu)建了微米級(jí)別的表面粗糙結(jié)構(gòu)[14]。然后配制一定比例的正己烷和十八烷基三氯硅烷（OTS）的混合溶液，通過(guò)浸漬法降低表面能，對(duì)棉布進(jìn)行疏水改性，最終得到磁性超疏水棉布。其機(jī)理為：亞鐵離子和鈷離子經(jīng)反應(yīng)復(fù)合在棉布表面使其具有磁性;同時(shí)試劑中的離子在高溫下發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)浸泡后在材料表面提供了制備超疏水涂層的微納米級(jí)別的粗糙度;正己烷和十八烷基三氯硅烷（OTS）的混合溶液為表面提供了低表面能[15-17]，從而達(dá)到了棉布表面的疏水效果，低溫條件能夠節(jié)約能源，且安全性較好，產(chǎn)物疏水且不含氟，綠色環(huán)保。

油分為輕油和重油。輕油分子量較小，黏度低，流動(dòng)性好。重油又稱(chēng)重質(zhì)油，分子量大、黏度高，流動(dòng)性差，所以產(chǎn)物對(duì)輕油的回收效率要好于對(duì)重油的回收效率，而海上泄漏的油一般是重油。本文用棉布分別對(duì)輕重油進(jìn)行了回收，旨在于通過(guò)對(duì)不同油回收的相關(guān)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)棉布的疏水親油情況，以推測(cè)其應(yīng)用前景。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)改性棉布的油回收效率高效，回收的油純度高，不含水，漏油回收后可以直接回收利用，由于棉布具有磁性，作為吸附材料，將其再回收進(jìn)行處理也更加容易。

總體來(lái)說(shuō)，本文將磁性與超疏水性結(jié)合在一起，磁性良能好，使得產(chǎn)物便于回收和二次利用。超疏水表面的構(gòu)建有兩個(gè)條件：一是表面有粗糙結(jié)構(gòu);二是降低表面能或者含有低表面能物質(zhì)。與前人相比文本采用浸漬法，操作簡(jiǎn)單，且進(jìn)行疏水改性的物質(zhì)不含氟，綠色環(huán)保，不污染環(huán)境，得到的棉布表面的超疏水性能良好，有很好的應(yīng)用前景。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

無(wú)水乙醇、亞甲基藍(lán)、蘇丹Ⅲ，均為分析純，天津市天利化學(xué)試劑有限公司;硫酸亞鐵，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;硝酸鈷，分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;氫氧化鈉，分析純，天津市大陸化學(xué)試劑廠;硝酸鉀，分析純，天津市巴斯夫化工有限公司;正己烷，分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司;十八烷基三氯硅烷（OTS，質(zhì)量分?jǐn)?shù)>85%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司;蒸餾水，實(shí)驗(yàn)室自制。棉布為市售產(chǎn)品。

FA1104型分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;TM3030型能譜分析儀，日本日立公司;JC2000C型接觸角測(cè)量?jī)x，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司;SK2210HP型超聲波清洗器，上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司/上海漢克科學(xué)儀器有限公司;DHG-9070A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海-恒科學(xué)儀器有限公司;QUANTA200型電子掃描顯微鏡，美國(guó)FEI公司;frontier型傅立葉變換紅外光譜儀，美國(guó)PerkinElmer公司;7404029900型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)，美國(guó)LAKE SHORE公司;D/MAX-2200VPC型X射線衍射儀，日本理學(xué)株式會(huì)社。

1.2方法

1.2.1磁性超疏水棉布的制備原理

磁性超疏水棉布的制備原理如圖1所示。

1.2.2磁性棉布的制備

剪取4 cm×4 cm大小的棉布用無(wú)水乙醇超聲波清洗20 min后烘干待用。配置濃度均為0.6 mol/L的硫酸亞鐵溶液和氯化鈷溶液各20 ml于燒杯中，取出18 ml的硫酸亞鐵溶液和9 ml的氯化鈷溶液，配置體積比為2∶1的兩者混合溶液。將烘干的棉布完全浸入該溶液中，倒入反應(yīng)釜中在90℃下反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后除去上層清液20 ml，加入濃度為3.96 mol/L的NaOH溶液和0.25 mol/L的KNO3溶液各12 ml，并置于反應(yīng)釜中在90 ℃下反應(yīng)8 h。取出后用去離子水反復(fù)洗滌3次，置于烘箱內(nèi)在60 ℃下干燥30 min，即得到了表面含有CoFe2O4粒子的磁性棉布。制備步驟如圖2所示。

1.2.3磁性棉布的超疏水改性

量取10 ml的正己烷于燒杯中，精確稱(chēng)量十八烷基三氯硅烷（OTS）1.5 g，將稱(chēng)好的OTS在不斷攪拌的條件下倒入正己烷中，得到改性混合液。將上一步制備的磁性棉布完全浸入于此改性溶液中，超聲浸泡處理10 min后取出，再用正己烷反復(fù)洗滌3次，放入烘箱中在45 ℃下干燥30 min后取出，即得到帶有磁性的超疏水棉布。制備步驟如圖2所示。

1.3結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試

疏水性測(cè)試：采用接觸角測(cè)量?jī)x中的量角法測(cè)量接觸角（CA），水滴的體積為5 μL，每個(gè)樣品4個(gè)點(diǎn)，最后結(jié)果取平均值。

磁性測(cè)試：通過(guò)磁石吸引樣品，定性檢測(cè)棉布是否含有磁性。采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)在磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍為正負(fù)15 000 Oe的條件下，定量測(cè)量其磁性的大小。

SEM：工作電壓0.2～30 kV。

XRD：Cu靶材，管電壓40 V，管電流40 mA。

EDS：探測(cè)元素范圍為B5～Am95（硼～镅）。

FTIR：對(duì)原始棉布及改性后的棉布進(jìn)行FTIR測(cè)試，波數(shù)范圍：400～4 000 cm-1。

1.4輕油回收效率的測(cè)試

輕油（Naphtha）是原油提煉后的一種油質(zhì)的產(chǎn)物，由不同的碳?xì)浠衔锘旌辖M成，主要成分是含5～11個(gè)碳原子的鏈烷、環(huán)烷或芳烴。本文以正己烷為例測(cè)試棉布對(duì)輕油的回收效率。

取2 ml正己烷，加入少量蘇丹Ⅲ，攪拌后溶液變成橙色，取2 ml去離子水，加入少量亞甲基藍(lán)，攪拌后溶液變成藍(lán)色（蘇丹Ⅲ與亞甲基藍(lán)的質(zhì)量濃度均為1 g/L）。將兩者混合攪拌后靜置分層，溶液分層，上層為橙色的正己烷，下層為藍(lán)色的水。將制備好的超疏水磁性棉布樣品緊貼在漏斗壁上，并將油水混合溶液倒入漏斗中，觀察油水分離效果，分別量取通過(guò)棉布和未通過(guò)棉布的油和水的體積，計(jì)算輕油的回收效率：

E0/%=（V0SymbolbB@

/V0） ×100。

式中：E0為對(duì)油的回收效率，%;V0SymbolbB@

為初始油體積，mL;V0為回收的油體積，mL。

1.5原油回收效率的測(cè)試

稱(chēng)量10.5 g氯化鈉固體，將其溶解于289.5 g自來(lái)水中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的鹽溶液模擬海水，并且將質(zhì)量Mb=10 g的原油倒入模擬海水中，用來(lái)模仿海上溢油的環(huán)境。向改性后的棉布布袋中放入1 g棉花，同時(shí)，也制作一個(gè)相同大小的原始棉布布袋，放入1g棉花作對(duì)比，分別準(zhǔn)確稱(chēng)量未改性和改性后的加入棉花的布袋的質(zhì)量M0和M0SymbolbB@

，并將其分別放入模擬的海上溢油環(huán)境中，一段時(shí)間后取出再稱(chēng)量其吸油后的質(zhì)量M1和M1SymbolbB@

，計(jì)算改性棉布對(duì)原油回收率：

E1/%=（M1-M0） ÷Mb×100%。

式中：E1為對(duì)油的回收效率，%;M1為吸油后布袋的質(zhì)量，g;M0為初始布袋質(zhì)量，g;Mb為原油的總質(zhì)量，g。

2結(jié)果與討論

2.1疏水性能分析

棉布的主要成分是纖維素分子，分子中每個(gè)結(jié)構(gòu)單元里都有三個(gè)羥基，羥基是親水基團(tuán)，又由于其充滿間隙的微觀結(jié)構(gòu)和毛細(xì)效應(yīng)，所以棉布本身具有較強(qiáng)的親水性。水滴在原始棉布上的水接觸角接近0°，表明水滴能夠以較快的速度實(shí)現(xiàn)鋪展，并在原始棉布表面完全潤(rùn)濕（圖3（a））。水滴在構(gòu)建了含有CoFe2O4粒子的粗糙表面且經(jīng)過(guò)OTS改性后的棉布上的水接觸角為152°（圖3（b）），表示其具有良好的超疏水性。圖3（c）為水滴在未處理棉布與改性棉布上的效果圖。

2.2持久性和穩(wěn)定性分析

在溫度為25 ℃、相對(duì)濕度為50%的常壓環(huán)境下放置磁性超疏水棉布樣品60 d，對(duì)樣品進(jìn)行老化試驗(yàn)，每隔12 d測(cè)量一次水接觸角，以探究其疏水效果的持久性和穩(wěn)定性，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明，樣品棉布的超疏水性能隨著時(shí)間的延長(zhǎng)雖有少許下降，但是接觸角依舊在148°以上，說(shuō)明樣品的持久性和穩(wěn)定性能良好。

2.3磁性分析

宏觀上的磁性定性檢測(cè)如圖4所示，圖4（a）表示原始棉布與磁石之間沒(méi)有相互作用，圖4（b）表示超疏水磁性棉布與磁石之間有明顯的相互作用，通過(guò)對(duì)比說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)制得的樣品具有較好的磁性。便于棉布作為吸附材料在實(shí)際應(yīng)用后的回收和二次利用。

通過(guò)振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)棉布樣品進(jìn)行微觀上的磁性定量檢測(cè)。剪取一塊0.3 cm×0.3 cm大小的磁性超疏水棉布樣品，用分析天平精確稱(chēng)得其質(zhì)量為0.007 8 g，在室溫下分別對(duì)原始棉布和改性的棉布樣品進(jìn)行磁性測(cè)試，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)繪制成磁滯回線，如圖5所示。原始棉布的磁滯曲線是一條幾乎平行于X軸、夾角接近于零的直線，說(shuō)明棉布自身沒(méi)有磁性。改性棉布樣品的矯頑力：Hc=71.21（Oe），飽和磁化強(qiáng)度Ms=2.296（emu/g），對(duì)比可以看出，改性棉布樣品表現(xiàn)出明顯的磁性，證明在常溫25 ℃下有鐵磁相變和鈷磁相變的存在，但其飽和磁化強(qiáng)度（Ms=2.296 emu/g， 25 ℃）與純CoFe2O4晶體的（Ms=68 emu/g，Hc=750Oe，27 ℃）有差別[18]，磁化強(qiáng)度下降的原因可能有5個(gè)部分：一是棉布表面細(xì)胞的主要組成部分纖維素本身是無(wú)磁性基材;二是部分反磁置換使得表面磁性顆粒的自旋發(fā)生了隨機(jī)傾斜，從而降低了飽和磁化強(qiáng)度[12];三是因?yàn)殁捲贑oFe2O4化合物中以微小顆粒存在，鈷表層在空氣中發(fā)生氧化作用，所以降低了飽和磁化強(qiáng)度;四是疏水改性處理中加入的OTS破壞了改性棉布樣品表面部分CoFe2O4粒子[12];五是具有羥基的分層多孔木屑基質(zhì)提供了核位置有限的磁性納米顆粒，所以減少了聚集的粒子，進(jìn)而降低了飽和強(qiáng)度[19]。

2.4SEM分析

由圖6可以看出，原始棉布纖維的表面光滑平整，纖維排列規(guī)整有序（圖6（a）），而改性后棉布樣品纖維間空隙有些許增加，表面均勻地覆蓋著一層粒子尺寸在5 μm左右的微米級(jí)的晶粒，顆粒生長(zhǎng)基本完整，晶粒之間界限分明，大小較為均勻，晶界上無(wú)雜質(zhì)出現(xiàn)（圖6（b）），形成了微米級(jí)別的粗糙結(jié)構(gòu)，提高了表面粗糙度，這是實(shí)現(xiàn)超疏水的必要條件之一。

2.5XRD分析

圖7是改性棉布樣品的X射線衍射圖，圖7中14.9°、16.5°、22.9°處的峰是纖維素的晶型體現(xiàn)[20]，而18°、30°、35°、43°、57°、62°分別對(duì)應(yīng)的晶型是（111）、（220）、（311）、（400）、（511）、（440），與國(guó)際X射線粉末衍射聯(lián)合會(huì)（JCPDS）給出的CoFe2O4的PDF準(zhǔn)表卡片（JCP-DS卡片號(hào)22-1086）一致[12]，證明了有CoFe2O4粒子的生成。其他的峰沒(méi)有出現(xiàn)說(shuō)明了產(chǎn)品的純度高，基本無(wú)雜質(zhì)[9]。

本實(shí)驗(yàn)嘗試采用低溫水熱法制備CoFe2O4粒子，即在低于100 ℃（90 ℃）的反應(yīng)釜中合成該粒子，通過(guò)X射線衍射圖證實(shí)了此方法的可行性，節(jié)約了能源。

2.6能譜分析

在原始棉布和改性棉布上選取均勻沒(méi)有空洞的區(qū)域，用能譜儀進(jìn)行掃描以分析其元素組成，分別得到表2和表3。對(duì)比兩表可知原始棉布表面含有C、O兩種成分，改性棉布表面結(jié)構(gòu)中增加了Fe、Co、Au、Si 4種組分，Au是測(cè)量時(shí)為了使樣品導(dǎo)電而噴涂上的，而Fe和Co是經(jīng)過(guò)低溫水熱合成法復(fù)合到棉布表面上的，Si是在用OTS改性時(shí)復(fù)合到其表面上的，證實(shí)了加入的試劑在棉布表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，使得生成的離子接枝在棉布表面上，這正是產(chǎn)生磁性與超疏水性的原因。

2.7FTIR分析

原始棉布和改性棉布的FTIR譜圖如圖8所示，經(jīng)過(guò)分析可得：3 335 cm-1和3 285 cm-1處為O-H反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰;1 630 cm-1左右尖銳的吸收峰為H-O-H彎曲振動(dòng)峰，1 427 cm-1左右為C-O的伸縮振動(dòng)峰;600 cm-1左右是Fe-O的特征吸收峰。因?yàn)榧尤隣TS后生成了Fe-O-Si鍵，使得原本的Fe-O伸縮振動(dòng)峰移向了更高的波數(shù)[21]。細(xì)胞壁的3種主要成分：纖維素在895 cm-1，半纖維素在1 158、1 104、1 053、1 027cm-1，木質(zhì)素在1 314cm-1[9]。改性前2 918cm-1和2 850cm-1的雙峰為-CH2-的特征峰，改性后變?yōu)? 899cm-1處的單峰，這是因?yàn)楦男赃^(guò)程中棉布表面原本的纖維素羥基鏈被生成的粒子取代而導(dǎo)致羥基數(shù)量有所減少[22]。在3 060cm-1和1 599cm-1左右沒(méi)有出現(xiàn)乙烯基的特征峰，可能是因?yàn)镺TS暴露在空氣中發(fā)生了反應(yīng)生成了連續(xù)的-CH2-[9]。

2.8磁性超疏水棉布對(duì)輕油回收效率的研究

為測(cè)試磁性超疏水棉布對(duì)輕油的回收效率，量取2 ml正己烷，加入少量蘇丹Ⅲ，攪拌后溶液變?yōu)槌壬咳? ml去離子水，加入少量亞甲基藍(lán)，攪拌后溶液變?yōu)樗{(lán)色，將兩溶液混合后倒入小試管中，溶液分層，上層為橙色，下層為藍(lán)色，以此來(lái)模擬海上溢油（蘇丹Ⅲ與亞甲基藍(lán)的質(zhì)量濃度均為1 g/L），如圖9（a）所示;圖 9（b）～圖9（e）為回收正己烷的實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將改性棉布緊貼漏斗內(nèi)壁，將油水混合物倒入漏斗中，油滴透過(guò)改性棉布，在下方沿漏斗流入一次性燒杯中，水不能透過(guò)棉布而滯留在棉布上方，最后用滴被收集到另一個(gè)燒杯中;7（f）是經(jīng)過(guò)6次循環(huán)實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果。單次對(duì)油的回收率為99.0%，6次循環(huán)試驗(yàn)后對(duì)油的回收率仍高達(dá)97.0%，表明磁性超疏水棉布具有優(yōu)異的重復(fù)使用性能。

2.9磁性超疏水棉布對(duì)原油回收效率的研究

為研究磁性超疏水棉布對(duì)海上原油泄漏的回收能力，進(jìn)行了海上溢油模擬實(shí)驗(yàn)，如圖10所示。圖10（a）兩燒杯上層為等質(zhì)量的原油（10 g），下層為等質(zhì)量的模擬海水（氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的鹽溶液，300 g），分別向原始棉布袋和改性棉布袋中塞入1 g棉花（圖10（b）），稱(chēng)量此時(shí)兩個(gè)棉布袋的質(zhì)量，將兩者分別放入兩燒杯中（如圖10（c）所示、圖10（d）、圖10（e）為圖10（c）中兩燒杯的放大照片，圖10（f）為圖10（c）中兩燒杯的對(duì)比照片），靜置5 min后將兩棉布袋取出，再稱(chēng)量?jī)擅薏即馁|(zhì)量，得到兩者吸收油的質(zhì)量，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。再分別將原始棉布袋和改性棉布袋中吸收的液體擠出，可以觀察到原始棉布袋中擠出的液體出現(xiàn)油和水的分層（圖11（b）），說(shuō)明原始棉布袋將油和水一起吸收，無(wú)法進(jìn)行分離油水，不能完成僅對(duì)原油的回收;而改性棉布袋中擠出的液體只有油層，沒(méi)有水層（圖11（a）），證明了改性后的棉布袋中不會(huì)吸水，只會(huì)吸油，從而分離了油水，最后可用磁石對(duì)改性棉布袋進(jìn)行回收。經(jīng)過(guò)計(jì)算，單次磁性超疏水棉布袋對(duì)原油回收效率達(dá)到93.7%，表明其具有良好的原油回收能力。

3結(jié)論

（1）本方法制備的磁性超疏水棉布操作簡(jiǎn)單，周期短，原料廉價(jià)易得，成本低，不含氟等有害物質(zhì)，綠色環(huán)保，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，平均水接觸角可達(dá)到152°，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和耐久性，在長(zhǎng)達(dá)60 d的老化試驗(yàn)后，其接觸角仍維持在較高的水平。

（2）本方法制備的磁性超疏水棉布具有優(yōu)異的油回收能力，對(duì)輕油的回收率高達(dá)99.0%，對(duì)原油的回收率可達(dá)93.7%，經(jīng)過(guò)6次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，對(duì)油的回收效率沒(méi)有明顯下降。且因?yàn)槠渚哂写判?，可在磁石的作用下回收和循環(huán)使用。同時(shí)，改性棉布完全過(guò)濾了回收油中的水分，所以回收的油層不需再干燥除水，可直接使用。因此，本研究成果在處理海上溢油方面有著很大的應(yīng)用前景。

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