超疏水-超親油表面的研究進展

代學玉，高蘭玲，冷寶林

(蘭州石化職業技術學院 石油化學工程學院，甘肅 蘭州 730060)

表面潤濕性是液體對固體表面的一個重要的界面現象，主要取決于固體表面的微觀幾何結構(表面粗糙度)和化學組成(表面自由能)[1-2]。固體表面的潤濕性，常用水滴在固體表面上形成的接觸角的大小來衡量。通常，把與水的接觸角<90°的表面稱為親水表面，接觸角>90°的表面稱為疏水表面；而把接觸角<5°的表面稱為超親水表面，接觸角>150°的表面稱為超疏水表面。同理，把與油的接觸角<5°的表面稱為超親油表面，接觸角>150°的表面稱為超疏油表面。

潤濕性對動植物的生長，人類的生產、生活都有重要的影響。同時具有超疏水和超親油的固體表面，因具有一些特有的功能，特別是其良好的油水分離效果，因此可以作為一種新的分離手段，簡單、有效地分離油和水的混合物。而近年來，關于超疏水-超親油表面的研究，也已經引起了人們的廣泛關注。

江雷研究小組在2004年首先報道了關于超疏水-超親油表面的制備方法，Feng等[3]通過簡單的噴涂-干燥技術，用含低表面能的PTFE乳液作為前驅體，通過噴涂和高溫下煅燒的方法，在不銹鋼網上成功制備了同時具有超疏水和超親油性的薄膜。該網狀薄膜與水的接觸角大于150°，與油(柴油)接觸角為0°，具有良好的油水分離效果。Tu等[4]利用噴槍在濾網上噴涂聚苯乙烯(PS)溶液，通過控制聚苯乙烯的濃度、流速和噴涂時間，從而在濾網表面制得微納米分等級結構，而且該表面同時具有超疏水和超親油性。Zhang等[5]通過將具有多孔的聚氨酯浸漬于膠體狀的聚苯乙烯微球中，并在100℃的真空下進行烘烤，從而得到了同時具有超疏水和超親油性的復合涂層。Yang等[6]利用溶膠-凝膠法，用正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷作為前驅體，在不銹鋼網上制得了同時具有超疏水和超親油性的SiO2薄膜。研究表明，制得的薄膜表面的超疏水-超親油性，與SiO2相結合的甲基末端基團的種類有關。

程千會等[7]通過簡單的溶劑熱法，首先在商用聚氨酯海綿表面上涂覆納米氧化鋅，然后用十六烷基三甲氧基硅烷對該表面進行修飾，制備了具有油水分離特性的超疏水-超親油聚氨酯海綿。研究表明，該海綿與水的接觸角為160°，油滴在2 s內即被吸收完全，而且對各種油類都具有較好的吸附能力。李德等[8]采用CTAB輔助水熱法制備了超疏水性空心球花狀MoS2，其接觸角為156°。通過多次浸涂法，可將具有超疏水性的MoS2涂覆到親水性三聚氰胺海綿表面，制得超疏水-超親油性MoS2海綿。李欽濤等[9]通過水熱法在銅網表面原位結晶苯膦酸鋯，得到微納米級粗糙結構，由于苯環處于苯膦酸鋯表面的外層，從而使銅網無需低表面能物質的修飾，即具有超疏水和超親油的性質，可用于對油水混合物進行分離。

Wang等[10]利用電化學沉積法，在銅網上制備了微納米分等級結構，然后用長鏈脂肪酸對該表面進行修飾，從而制得了同時具有超疏水和超親油性的銅網表面。研究表明，脂肪酸鏈的長度對銅網表面的潤濕性具有重要的影響。蔣美慧子等[11]利用電化學沉積法，首先在不銹鋼網表面進行銅和鎳的共沉淀，制得葉片狀的微納米級粗糙結構，然后用正十二硫醇的乙醇溶液對粗糙表面進行修飾，制得超疏水-超親油Cu-Ni復合鍍層。研究表明，該復合鍍層與水的接觸角為155°，與油的接觸角為0°；對潤滑油的油水分離效率可以達到98%。

Wang 等[12]通過刻蝕法，首先將銅網用硝酸溶液進行刻蝕，然后利用溶液浸泡法用十六烷基硫醇對刻蝕后的表面進行修飾，從而在銅網上成功制得了與水的接觸角>150°，與油(柴油)的接觸角為0°的超疏水-超親油性表面。丁鵬等[13]用不銹鋼網作為基底，利用化學刻蝕法首先在不銹鋼網上制得微米級粗糙結構，然后通過一步浸泡法，將st9ber法制得的具有疏水、親油的納米級SiO2顆粒沉積到不銹鋼網上，從而成功制備了超疏水-超親油性不銹鋼網。水滴在不銹鋼網上的接觸角為151°，煤油的接觸角為0°。研究表明，制備的超疏水-超親油不銹鋼網能有效的分離不同種類的油水混合物。

張東光等[14]利用陽極氧化法，成功制備了超疏水-超親油性銅網表面。研究表明：當陽極氧化電壓為10 V時，紫銅網表面具有明顯的微納米級粗糙結構，其化學成分為豆蔻酸銅。該表面與水的接觸角為153°，與油的接觸角為0°，且制備的超疏水-超親油銅網對不同種類的油水混合液均具有優異的分離性能。 婁燕等[15]利用電解原理，首先在導電纖維膜表面鍍上一層銅微納米顆粒，使其具有一定的微納米粗糙結構，然后用具有低表面能的硬脂酸對銅微納米顆粒進行修飾，從而制得具有超疏水-超親油性的復合表面，其接觸角為153°，可以實現油水混合物高效分離的目的。

目前，關于超疏水-超親油表面的研究有很多，在理論和制備兩方面都取得了不少研究成果。由于許多方法存在制備的膜穩定性差，制備過程復雜、難以實現大面積制備等缺點。所以，尋求膜穩定性高、操作簡單、易于進行工業化生產且潤濕性可控的表面，仍是超疏水-超親油表面研究中最具挑戰性的課題之一。