超疏水-超亲油表面的研究进展

代学玉，高兰玲，冷宝林

(兰州石化职业技术学院 石油化学工程学院，甘肃 兰州 730060)

表面润湿性是液体对固体表面的一个重要的界面现象，主要取决于固体表面的微观几何结构(表面粗糙度)和化学组成(表面自由能)[1-2]。固体表面的润湿性，常用水滴在固体表面上形成的接触角的大小来衡量。通常，把与水的接触角<90°的表面称为亲水表面，接触角>90°的表面称为疏水表面；而把接触角<5°的表面称为超亲水表面，接触角>150°的表面称为超疏水表面。同理，把与油的接触角<5°的表面称为超亲油表面，接触角>150°的表面称为超疏油表面。

润湿性对动植物的生长，人类的生产、生活都有重要的影响。同时具有超疏水和超亲油的固体表面，因具有一些特有的功能，特别是其良好的油水分离效果，因此可以作为一种新的分离手段，简单、有效地分离油和水的混合物。而近年来，关于超疏水-超亲油表面的研究，也已经引起了人们的广泛关注。

江雷研究小组在2004年首先报道了关于超疏水-超亲油表面的制备方法，Feng等[3]通过简单的喷涂-干燥技术，用含低表面能的PTFE乳液作为前驱体，通过喷涂和高温下煅烧的方法，在不锈钢网上成功制备了同时具有超疏水和超亲油性的薄膜。该网状薄膜与水的接触角大于150°，与油(柴油)接触角为0°，具有良好的油水分离效果。Tu等[4]利用喷枪在滤网上喷涂聚苯乙烯(PS)溶液，通过控制聚苯乙烯的浓度、流速和喷涂时间，从而在滤网表面制得微纳米分等级结构，而且该表面同时具有超疏水和超亲油性。Zhang等[5]通过将具有多孔的聚氨酯浸渍于胶体状的聚苯乙烯微球中，并在100℃的真空下进行烘烤，从而得到了同时具有超疏水和超亲油性的复合涂层。Yang等[6]利用溶胶-凝胶法，用正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷作为前驱体，在不锈钢网上制得了同时具有超疏水和超亲油性的SiO2薄膜。研究表明，制得的薄膜表面的超疏水-超亲油性，与SiO2相结合的甲基末端基团的种类有关。

程千会等[7]通过简单的溶剂热法，首先在商用聚氨酯海绵表面上涂覆纳米氧化锌，然后用十六烷基三甲氧基硅烷对该表面进行修饰，制备了具有油水分离特性的超疏水-超亲油聚氨酯海绵。研究表明，该海绵与水的接触角为160°，油滴在2 s内即被吸收完全，而且对各种油类都具有较好的吸附能力。李德等[8]采用CTAB辅助水热法制备了超疏水性空心球花状MoS2，其接触角为156°。通过多次浸涂法，可将具有超疏水性的MoS2涂覆到亲水性三聚氰胺海绵表面，制得超疏水-超亲油性MoS2海绵。李钦涛等[9]通过水热法在铜网表面原位结晶苯膦酸锆，得到微纳米级粗糙结构，由于苯环处于苯膦酸锆表面的外层，从而使铜网无需低表面能物质的修饰，即具有超疏水和超亲油的性质，可用于对油水混合物进行分离。

Wang等[10]利用电化学沉积法，在铜网上制备了微纳米分等级结构，然后用长链脂肪酸对该表面进行修饰，从而制得了同时具有超疏水和超亲油性的铜网表面。研究表明，脂肪酸链的长度对铜网表面的润湿性具有重要的影响。蒋美慧子等[11]利用电化学沉积法，首先在不锈钢网表面进行铜和镍的共沉淀，制得叶片状的微纳米级粗糙结构，然后用正十二硫醇的乙醇溶液对粗糙表面进行修饰，制得超疏水-超亲油Cu-Ni复合镀层。研究表明，该复合镀层与水的接触角为155°，与油的接触角为0°；对润滑油的油水分离效率可以达到98%。

Wang 等[12]通过刻蚀法，首先将铜网用硝酸溶液进行刻蚀，然后利用溶液浸泡法用十六烷基硫醇对刻蚀后的表面进行修饰，从而在铜网上成功制得了与水的接触角>150°，与油(柴油)的接触角为0°的超疏水-超亲油性表面。丁鹏等[13]用不锈钢网作为基底，利用化学刻蚀法首先在不锈钢网上制得微米级粗糙结构，然后通过一步浸泡法，将st9ber法制得的具有疏水、亲油的纳米级SiO2颗粒沉积到不锈钢网上，从而成功制备了超疏水-超亲油性不锈钢网。水滴在不锈钢网上的接触角为151°，煤油的接触角为0°。研究表明，制备的超疏水-超亲油不锈钢网能有效的分离不同种类的油水混合物。

张东光等[14]利用阳极氧化法，成功制备了超疏水-超亲油性铜网表面。研究表明：当阳极氧化电压为10 V时，紫铜网表面具有明显的微纳米级粗糙结构，其化学成分为豆蔻酸铜。该表面与水的接触角为153°，与油的接触角为0°，且制备的超疏水-超亲油铜网对不同种类的油水混合液均具有优异的分离性能。 娄燕等[15]利用电解原理，首先在导电纤维膜表面镀上一层铜微纳米颗粒，使其具有一定的微纳米粗糙结构，然后用具有低表面能的硬脂酸对铜微纳米颗粒进行修饰，从而制得具有超疏水-超亲油性的复合表面，其接触角为153°，可以实现油水混合物高效分离的目的。

目前，关于超疏水-超亲油表面的研究有很多，在理论和制备两方面都取得了不少研究成果。由于许多方法存在制备的膜稳定性差，制备过程复杂、难以实现大面积制备等缺点。所以，寻求膜稳定性高、操作简单、易于进行工业化生产且润湿性可控的表面，仍是超疏水-超亲油表面研究中最具挑战性的课题之一。