袁曉雨， 李 偉， 朱振國(guó)， 張興祥

(1. 省部共建分離膜與膜過(guò)程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300387； 2. 天津市先進(jìn)纖維與儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387； 3. 天津工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 天津 300387)

超疏水聚酯濾布的性能及其在油水分離中的應(yīng)用

袁曉雨1,2,3， 李 偉1,2,3， 朱振國(guó)1,2,3， 張興祥1,2,3

(1. 省部共建分離膜與膜過(guò)程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300387； 2. 天津市先進(jìn)纖維與儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387； 3. 天津工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 天津 300387)

為改善納米二氧化硅的分散性，提升其與聚酯濾布的結(jié)合力，采用巰丙基三甲氧硅烷對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行表面修飾，并通過(guò)浸漬-涂覆的方法將修飾后的二氧化硅負(fù)載在聚酯濾布表面，得到超疏水濾布。通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、光電子能譜儀、傅里葉變換紅外光譜儀及特征X射線能譜儀等對(duì)濾布進(jìn)行了微觀形貌、結(jié)構(gòu)、元素及價(jià)態(tài)等方面的分析。結(jié)果表明：濾布表面均勻負(fù)載的低表面能硅樹(shù)脂及其在濾布表面構(gòu)建的微納米多級(jí)凸起結(jié)構(gòu)賦予濾布超疏水性，接觸角高達(dá)156°；該濾布耐溶劑性能優(yōu)良，在不同有機(jī)溶劑中浸泡72 h后，接觸角僅下降1°～4°，濾布兼具高強(qiáng)度、超疏水/超親油的特性。

超疏水聚酯織物； 油水分離； 微納米結(jié)構(gòu)； 納米SiO2

目前，海洋溢油污染日趨嚴(yán)重，對(duì)海洋生物及環(huán)境造成了巨大損害，此外，工業(yè)生產(chǎn)及生活中含油廢水的排放嚴(yán)重污染水體資源，因此加大對(duì)含油廢水的分離利用迫在眉睫。超疏水/超親油材料[1-2]對(duì)油水混合物的吸收及分離具有良好的選擇性，可實(shí)現(xiàn)油水的完全分離，不僅有效地回收溢油，而且無(wú)二次污染，可循環(huán)使用性好，這對(duì)于處理海上溢油事故及生活生產(chǎn)中產(chǎn)生的含油廢水具有重要意義[3]。超疏水親油材料常用的制備方法有刻蝕法、等離子體處理、電化學(xué)沉積、化學(xué)氣相沉積、層層自組裝等[4-5]，而這些方法設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，成本較高。溶膠-凝膠法因反應(yīng)溫度低、工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)過(guò)程易控制而受到廣泛關(guān)注[6]。氣相納米二氧化硅由于較低的表面自由能可用于制備超疏水材料[7-8]，但是由于內(nèi)部存在的聚硅氧和外部存在的硅醇基，在有機(jī)相中難以濕潤(rùn)和分散，與有機(jī)基體結(jié)合力差，易產(chǎn)生界面缺陷, 使復(fù)合材料性能降低，此外其表面存在羥基，表面能較大，聚集體總傾向于團(tuán)聚，很難實(shí)現(xiàn)納米級(jí)分散，因此，在使用過(guò)程中需對(duì)其進(jìn)行表面修飾[9-11]，增強(qiáng)納米粉體在介質(zhì)中的界面相容性，提高納米粒子的應(yīng)用性能[12]。李揚(yáng)等[13]使用將聚酯濾布在含有甲基硅樹(shù)脂與疏水SiO2的二甲苯溶液中浸漬的方法，得到超疏水濾布。然而，疏水SiO2納米顆粒的引入易導(dǎo)致納米粒子的團(tuán)聚，影響產(chǎn)品的性能。

本文通過(guò)巰丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)對(duì)納米SiO2進(jìn)行功能修飾，解決了無(wú)機(jī)納米顆粒易團(tuán)聚的問(wèn)題，同時(shí)—SH官能團(tuán)的引入也有利于增強(qiáng)無(wú)機(jī)納米顆粒與聚酯濾布的結(jié)合力。然后通過(guò)浸漬-涂覆的方法將表面修飾后的SiO2負(fù)載在聚酯濾布表面，得到了表面接觸角高達(dá)156°的超疏水濾布。該濾布優(yōu)良的耐溶劑性能、高強(qiáng)度、超疏水及超親油的特性，使其在油水分離領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

納米二氧化硅(SiO2，粒徑為7～40 nm，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；聚酯濾布(滌綸非織造布，紗線直徑為50 μm，孔徑為25 μm，面密度為55.56 g/m2，浙江天臺(tái)工藝濾布廠)；十二烷基二甲基芐基氯化銨(分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；巰丙基三甲氧基硅烷(MPTMS，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；油紅O(分析純，阿拉丁公司)；鹽酸(HCl，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；氫氧化鈉(NaOH)、無(wú)水乙醇(C2H5OH)、正己烷、丙酮、四氫呋喃(分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠)。

1.2 儀器設(shè)備

H-7650型透射電子顯微鏡(TEM，日本Hitachi公司)，BT-9300H型粒度分布測(cè)試儀(Horiba公司)，Nicolet iS50型傅里葉變換紅外光譜儀(FT-TR，美國(guó)Thermo Scientific公司)，X射線光電子能譜儀(XPS，美國(guó)Thermo Fisher公司)，帶有X射線能譜儀的S4800型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM，日本Hitachi公司)，DSA100型接觸角測(cè)試儀(德國(guó)Krüss公司)，M350-5kN型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

1.3 納米SiO2的表面修飾

稱取5 g納米SiO2，加入到100 mL的無(wú)水乙醇中，磁力攪拌12 h將納米SiO2分散均勻，用1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)溶液pH值為4，然后向該體系中滴加0.75 g MPTMS，混合均勻后將溶液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，控制體系溫度為80 ℃，機(jī)械攪拌10 h，確保其完全反應(yīng)，之后取出，放置燒杯中待用。

1.4 超疏水濾布的制備

1.4.1 聚酯濾布的預(yù)處理

將聚酯濾布裁剪成3 cm×3 cm，依次用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌2次，置于鼓風(fēng)干燥箱中于80 ℃下烘干至恒態(tài)質(zhì)量，稱量。以1∶40的浴比浸泡在含有2 g/L十二烷基二甲基芐基氯化銨的NaOH溶液中[14]，NaOH的質(zhì)量濃度為15 g/L，在90 ℃下反應(yīng)40 min。然后用大量蒸餾水沖洗至濾布表面pH值達(dá)到7，置于鼓風(fēng)干燥箱中于80 ℃下烘干至恒定質(zhì)量，待用。

1.4.2 浸漬-涂覆法超疏水濾布制備

采用浸漬-涂覆的方法，將預(yù)處理好的濾布浸泡在上述表面修飾后的SiO2溶膠液中，保持1 min，沿杯壁慢慢取出后，室溫下晾干，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中在80 ℃下熱處理10 min后，再在135 ℃下熱處理35 min，得到超疏水濾布，功能層面密度約為2.5 g/m2。

1.5 樣品觀外及性能的表征方法

1.5.1 粒度分布

采用粒度分析儀分析修飾前后SiO2表面的粒徑分布情況。具體操作步驟為：將樣品加入到無(wú)水乙醇中稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～3%，超聲一段時(shí)間后測(cè)試其粒徑分布。

1.5.2 表面潤(rùn)濕性

采用接觸角測(cè)試儀測(cè)試濾布表面的潤(rùn)濕性。在每種樣品的表面隨機(jī)取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，并取其平均值作為接觸角，水滴體積為2 μL。

1.5.3 力學(xué)性能測(cè)試

參考GB/T 3923.1—2013《紡織品 拉伸性能》[15]，用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試濾布的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率。測(cè)試條件：室溫，試樣寬度為(50±0.5) mm，夾距為200 mm，拉伸速度為100 mm/min，每組樣品測(cè)5次，取平均值，得到斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率。

1.5.4 濾布對(duì)油的吸附及分離實(shí)驗(yàn)

為表征處理前后濾布對(duì)油水混合物吸附及分離性能的區(qū)別，將使用油紅O染色的正己烷鋪展于水面形成油水混合物。然后將濾布直接浸沒(méi)于油水混合物中，觀察處理前后的濾布對(duì)正己烷的吸附性。

為驗(yàn)證所制超疏水/超親油濾布對(duì)油水混合物分離的可行性，本文實(shí)驗(yàn)采用了一種簡(jiǎn)易的油水分離裝置。將體積比為1∶2的染色正己烷與水的混合物倒入燒杯中，由于正己烷密度小，所以浮在水面。將油水混合液緩慢倒入杯口扎有濾布的小燒杯時(shí)，觀察濾布對(duì)油水混合物的分離情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面修飾SiO2的紅外光譜分析

圖1示出SiO2與表面修飾后SiO2的紅外光譜圖?？梢?jiàn)，與未修飾的納米SiO2相比，表面修飾后的SiO2紅外譜圖中，在694 cm-1和2 860 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，分別為MPTMS中S—H鍵的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)峰，在2 930 cm-1處出現(xiàn)MPTMS中C—H鍵的伸縮振動(dòng)峰，由于表面修飾后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新鍵的生成，所以紅外光譜圖僅說(shuō)明MPTMS接枝或者負(fù)載于SiO2表面。

圖1 SiO2與表面修飾改性后SiO2的FT-IR譜圖Fig.1 FT-IR spectra of nano-sized SiO2and modified SiO2

2.2 元素分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證MPTMS是否成功接枝在SiO2表面，采用X射線光電子能譜儀對(duì)表面修飾前、后的SiO2進(jìn)行表面元素分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2(a)可知，由于MPTMS接枝物的包覆，表面修飾后的納米SiO2的C1s峰強(qiáng)度明顯增加。圖2(b)中Si2p被拆分為3個(gè)峰，分別表示Si—OH(102.9 eV)、Si—O—Si(103.8 eV)和Si—O(104.5 eV)。圖2(c)為納米SiO2表面接枝后Si2p峰的XPS譜圖，Si2p被拆分為3個(gè)峰，分別表示為Si—C(101.0 eV)、Si—O—Si(103.5 eV)和Si—O(104.3 eV)。電子結(jié)合能的變化是由分子中原子所處的化學(xué)環(huán)境決定的，表面修飾后Si—O—Si和Si—O的化學(xué)位移均有所降低，這是因?yàn)楸砻娼又PTMS后與Si相連的烷基基團(tuán)具有給電子性質(zhì)，使Si的電子云密度加大，屏蔽效應(yīng)增強(qiáng)，電子結(jié)合能降低。此外，表面修飾后SiO2中Si—OH(102.9 eV)消失，說(shuō)明MPTMS均勻包覆在SiO2表面。綜合紅外與XPS譜圖說(shuō)明，MPTMS成功接枝在納米SiO2表面。

2.3 SiO2表面修飾前后的微觀形態(tài)

為直觀地表征表面修飾前后SiO2的微觀形態(tài)及分散性，使用透射電鏡及激光粒徑分布測(cè)試儀觀測(cè)其形貌及分散情況，結(jié)果分別如圖3、4所示。由圖3(a)、(b)可看出，表面修飾后SiO2粒徑由原來(lái)的三十幾個(gè)納米減小到十幾個(gè)納米左右。結(jié)合圖4粒徑分布的結(jié)果可得出，表面修飾后的SiO2平均粒徑有所減小，分散性得到顯著提高，這是由于未修飾的氣相納米SiO2內(nèi)部存在的聚硅氧和外部存在的硅醇基，在有機(jī)相乙醇中難以潤(rùn)濕分散，并且其表面存在羥基，表面能較大，納米粉體總是傾向于團(tuán)聚。而通過(guò)MPTMS對(duì)其表面進(jìn)行修飾后，SiO2表面官能團(tuán)發(fā)生變化，其在有機(jī)相乙醇中的分散性隨之提高，同時(shí)—SH的引入降低了SiO2的表面自由能，也減小了納米粒子的團(tuán)聚，提高了其分散性。

圖3 試樣的TEM照片F(xiàn)ig.3 TEM images of samples.(a) SiO2; (b) Modified SiO2

圖4 試樣的粒徑分布圖Fig.4 Diameter distributions of samples

2.4 濾布表面的微觀形貌

圖5示出濾布的SEM照片。圖5(a)為未處理的聚酯濾布，每根纖維的直徑約為50 μm，并且纖維表面光滑。圖5(b)為預(yù)處理后的聚酯濾布，可發(fā)現(xiàn)濾布表面明顯被刻蝕，產(chǎn)生溝槽狀結(jié)構(gòu), 這種粗糙結(jié)構(gòu)可增加功能層與濾布的結(jié)合力。圖5(c)為超疏水濾布的表面，功能層是由大小均勻、粒徑在幾十個(gè)納米左右的粒子組成的，正是這種微納米粗糙凸起結(jié)構(gòu)以及硅樹(shù)脂的低表面能賦予了聚酯濾布超疏水性。同時(shí)也說(shuō)明，表面修飾后的SiO2分散性好，幾乎沒(méi)有發(fā)生團(tuán)聚。圖6示出超疏水濾布表面的能譜圖(EDS)，其表面S元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和原子分?jǐn)?shù)分別為1.65%和0.75%(如表1所示)，進(jìn)一步證明納米SiO2表面含有—SH的硅烷偶聯(lián)劑。

圖5 試樣的SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM images of samples.(a) Original filter cloth; (b) Alkali treated filter cloth; (c) Superhydrophobic filter cloth

圖6 超疏水濾布表面的EDS譜圖Fig.6 EDS spectrum of superhydrophobic filter cloth

2.5 超疏水濾布的表面潤(rùn)濕性

圖7示出超疏水濾布表面潤(rùn)濕性的照片。如圖7(a)所示，將超疏水濾布浸入水中后可發(fā)現(xiàn)，濾布表面呈現(xiàn)均勻明亮的鏡面，這是由功能層在濾布表面形成均勻的微納米粗糙凸起結(jié)構(gòu)造成的，微納米級(jí)支撐結(jié)構(gòu)中嵌入了一層薄薄的空氣層，由于空氣層的反射現(xiàn)象使得濾布表面呈現(xiàn)出明亮的反光面。如圖7(c)所示，當(dāng)油滴(正己烷)滴在超疏水濾布表面時(shí)可發(fā)現(xiàn)，油滴立即擴(kuò)散并完全鋪展在濾布表面，表面接觸角近似0°，而其對(duì)水的接觸角可達(dá)156°。由此可說(shuō)明，使用表面修飾后SiO2作為功能層，聚酯濾布表現(xiàn)出良好的超疏水/超親油特性。

圖7 超疏水濾布表面潤(rùn)濕性照片F(xiàn)ig.7 Wettability photographs of superhydrophobic filter cloth. (a) Fabric in water; (b) Surface wettability; (c) Oil contact angle; (d) Water contact angle

2.6 超疏水濾布對(duì)油水混合物的分離

圖8示出濾布吸附水面上的油與分離油水混合物的示意圖。由圖可見(jiàn)，空白濾布吸附水表面的正己烷的過(guò)程中，除少量被濾布吸附外，仍有大量的正己烷殘余液漂浮于水表面，并且在油水混合物的分離實(shí)驗(yàn)中也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)其的分離。然而，當(dāng)采用超疏水濾布進(jìn)行以上實(shí)驗(yàn)時(shí)可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濾布開(kāi)始接觸正己烷時(shí)，濾布可快速地將接觸的正己烷吸收，最終液面上紅色的正己烷將完全被吸附，得到干凈的水面。并且由圖8(d)可看出，當(dāng)油水混合物接觸超疏水濾布表面時(shí)，由于毛細(xì)管作用，油液會(huì)迅速地在濾布表面擴(kuò)散，之后由于重力的作用，大量的油液會(huì)透過(guò)濾布流入小燒杯中，水流則沿著濾布表面滾動(dòng)流入大燒杯中，從而實(shí)現(xiàn)油水混合物的分離。由此表明，超疏水濾布對(duì)油水混合物有很好的分離能力，該方法所得試樣具有優(yōu)異的超疏水/超親油特性，可用于油水混合物的分離。

圖8 濾布吸附水面上的油與分離油水 混合物的示意圖Fig.8 Adsorption and separation oil from oil-water mixture by filter cloth.(a) Adsorption of original fabric to oil; (b) Separation of original fabric to oil; (c) Adsorption of superhydrophobic fabric to oil; (d) Separation of superhydrophobic fabric to oil

2.7 超疏水濾布的耐溶劑性

為表征超疏水濾布良好的耐溶劑性，將空白濾布與超疏水濾布分別置于無(wú)水乙醇、正己烷、丙酮、四氫呋喃4種有機(jī)溶劑中浸泡72 h，通過(guò)測(cè)試濾布處理前后接觸角的變化來(lái)表征其耐溶劑性，結(jié)果如表2所示。由表可知，空白濾布的表面接觸角僅為105°，且在有機(jī)溶劑中浸泡一段時(shí)間后，表面接觸角明顯降低，尤其是經(jīng)丙酮浸泡的濾布，其接觸角下降了41°。而超疏水濾布的表面接觸角可達(dá)153°，并且在4種不同有機(jī)溶劑中浸泡72 h后，其接觸角均僅降低了1°～4°，基本保持了功能層原有的超疏水性。由此表明，該種方法制備的超疏水濾布具有良好的耐溶劑性。

表2 有機(jī)溶劑處理前后試樣的表面接觸角Tab.2 Water contact angles of samples before and after treatment by organic solvents (°)

2.8 拉伸強(qiáng)度分析

表3示出濾布的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。對(duì)濾布預(yù)處理后，其強(qiáng)度僅下降了0.2%，這可能是因?yàn)閴A液的處理僅對(duì)極表層的部分酯鍵造成破壞，濾布強(qiáng)度幾乎沒(méi)有降低。而采用表面修飾后的SiO2對(duì)濾布進(jìn)行處理后，超疏水濾布的強(qiáng)度明顯降低，為原來(lái)的70.6%，這是因?yàn)楣δ軐釉黾恿藶V布的厚度，使得濾布單位面積抵抗拉力的能力降低，強(qiáng)度也相對(duì)降低，同時(shí)酸性的表面功能化的SiO2溶膠處理液也會(huì)使酯鍵斷裂，降低濾布強(qiáng)度，但是其拉伸斷裂強(qiáng)度仍可滿足油水分離過(guò)程中對(duì)濾布力學(xué)性能的要求。

表3 試樣的拉伸力學(xué)性能Tab.3 Mechanical properties of samples

3 結(jié) 論

1) 通過(guò)巰丙基三甲氧基硅烷對(duì)氣相納米SiO2進(jìn)行表面修飾，修飾后的納米SiO2的分散性顯著提高，改善了無(wú)機(jī)納米粒子功能層在濾布上由于后續(xù)熱處理造成的粒子團(tuán)聚問(wèn)題。

2) 通過(guò)浸漬-涂覆的方法，以表面修飾后的SiO2溶膠液為功能層，經(jīng)過(guò)2個(gè)溫度段的熱處理后得到超疏水濾布，其表面接觸角高達(dá)156°，表現(xiàn)為優(yōu)異的超疏水/超親油特性，并且對(duì)油水混合物具有很好的分離能力。

3) 浸漬-涂覆后的濾布具有良好的耐溶劑性，在4種有機(jī)溶劑中處理72 h后，仍保持了功能層原有的超疏水性。其力學(xué)強(qiáng)度雖有所降低，但是拉伸斷裂強(qiáng)度仍可滿足油水分離過(guò)程中對(duì)濾布力學(xué)性能的要求。

FZXB

[1] WEN Liping, TIAN Ye, JIANG Lei. Bioinspired super-wettability from fundamental research to practical applications[J]. Angewandte Chemie International, 2015, 54: 2-15.

[2] 張光蕾, 王祥榮, 王晨歡, 等. 納/微米纖維膜的吸油性及油水分離效果[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2014, 35(9): 7-10. ZHANG Guanglei, WANG Xiangrong, WANG Chenhuan, et al. Oil absorption and oil-water separation effect of nano/micro-fiber membrane[J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(9): 7-10.

[3] 張靚, 趙寧, 徐堅(jiān). 特殊浸潤(rùn)性表面在油水分離中的應(yīng)用[J]. 科學(xué)通報(bào), 2013, 58(33): 3372-3380. ZHANG Liang, ZHAO Ning, XU Jian. Surfaces with special wettability: applications in oil/water separa-tion[J]. Science China Press, 2013, 58(33): 3372-3380.

[4] ZHANG Junping, STEFAN Seeger. Polyester materials with superwetting silicone nanofilaments for oil/water separation and selective oil absorption[J]. Advanced Functional Material, 2011, 21: 4699-4704.

[5] LIU Kesong, TIAN Ye, JIANG Lei. Bio-inspired superoleophobic and smart materials: design, fabrication, and application[J]. Progress in Materials Science, 2013, 58: 503-564.

[6] XU Lihui, ZHUANG Wei, XU Bi, et al. Fabrication of superhydrophobic cotton fabrics by silica hydrosol and hydrophobization[J]. Applied Surface Science, 2011, 257: 5491-5498.

[7] ZHANG Xia, GENG Tie, GUO Yonggang, et al. Facile fabrication of stable superhydrophobic SiO2/polystyrene coating and separation of liquids with different surface tension[J]. Chemical Engineering Journal, 2013, 231: 414-419.

[8] ZHANG Ming, WANG Chengyu, WANG Shuliang, et al. Fabrication of coral-like superhydrophobic coating on filter paper for water-oil separation[J]. Applied Surface Science, 2012, 261: 764-769.

[9] XUE Chaohua, JI Pengting, ZHANG Ping, et al. Fabrication of superhydrophobic and superoleophilic textiles for oil-water separation[J]. Applied Surface Science, 2013, 284: 464-471.

[10] LI Yuan, ZHANG Zhaozhu, ZHU Xiaotao, et al. Fabrication of a superhydrophobic coating with high adhesive effect to substrates and tunable wettability[J]. Applied Surface Science, 2015, 328: 475-481.

[11] ZHU Xiaotao, ZHANG Zhaozhu. A versatile approach to produce superhydrophobic materials used for oil-water separation[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2014, 432: 105-108.

[12] 莊偉, 徐麗慧, 徐壁, 等. 改性SiO2水溶膠在棉濾布疏水整理中的應(yīng)用[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2011, 32(9): 89-94. ZHUANG Wei, XU Lihui, XU Bi, et al. Application of modified SiO2hydrosol to superhydrophobic finish of cotton fabrics[J]. Journal of Textile Research, 2011, 32(9): 89-94.

[13] 李楊, 汪家道, 樊麗寧, 等.聚酯濾布表面耐用超疏水涂層的制備及在油水分離中的應(yīng)用[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2016, 32(4): 990-996. LI Yang, WANG Jiadao, FAN Lining, et al. Feasible fabrication of a durable superhydrophobic coating on polyester fabrics for oil-water separation[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(4): 990-996.

[14] 杜金梅, 羅雄方, 唐燁, 等. 堿減量處理對(duì)滌綸濾布疏水整理效果的影響[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2015, 36(7): 71-76. DU Jinmei, LUO Xiongfang, TANG Ye, et al. Influence of alkali deweighting on hydrophobicity of polyester fabric[J]. Journal of Textile Research, 2015, 36(7): 71-76.

[15] 王科林, 孟霞, 羅濤, 等. 精紡毛濾布的無(wú)氟拒水整理[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2016, 37(3): 114-117. WANG Kelin, MENG Xia, LUO Tao, et al. Fluorine-free water repellent finishing of worsted fabric[J]. Journal of Textile Research, 2016, 37(3): 114-117.

Performance of superhydrophobic polyester filter cloth andits application in oil /water separation

YUAN Xiaoyu1,2,3, LI Wei1,2,3, ZHU Zhenguo1,2,3, ZHANG Xingxiang1,2,3

(1.StateKeyLaboratoryofSeparationMembranesandMembraneProcesses,Tianjin300387,China；2.TianjinMunicipalKeyLaboratoryofAdvancedFiberandEnergyStorageTechnology,Tianjin300387,China；3.SchoolofMaterialScienceandEngineering,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

In order to increase the dispersion of nanoparticles and the bonding force between the inorganic nanoparticles and polyester filter cloth, nano-sized SiO2was modified by 3-mercaptopropyl trimethoxysilane. The superhydrophobic polyester filter cloth were fabricated by immersing filter cloth in a solution containing modified SiO2.The morphology and microstructure, chemical structures and element composition of the filter cloth were characterized using field emission scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. After coating, the surface of the fabrics is wrapped by compact silicone resin of low surface free enery and shows rough micro/nano structure, which endows the fabrics with superhydrophobicity, so the water contact angle of the coated fabrics is even up to 156°. The superhydrophobicity of fabrics is durable in solvents. When the fabrics immersed in organic solvents for over 72 h, the water contact angle only reduced by 1°-4°.The high strength and the superhydrophobicity/superoleophilicity make the fabrics showing promising prosperity in oil-water separation.

superhydrophobic polyester fabric； oil-water separation； micro/nanoscale structure; nano-sized SiO2

2016-05-05

2016-12-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51573135)；天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目(15PTSYJC00230)；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)項(xiàng)目(16JCYBJC17100)

袁曉雨(1991—)，女，碩士生。研究方向?yàn)榉蛛x膜結(jié)構(gòu)調(diào)控及應(yīng)用。張興祥，通信作者，E-mail: zhangxingxiang@tjpu.edu.cn。

10.13475/j.fzxb.20160501106

O 647； TS 176.5

A