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user: 3. 结果与讨论 3.1. 样品的形貌分析 将清洗干净的不锈钢网浸入到60℃透明Gelatin水溶液中，5 s后拿出，在5℃下冷冻1 h后，经过SEM测试可以看到Gelatin-网表面有明显的变化，如图2所示。从图1(a)和图1(b)可以看到，Gelatin-网网孔上粘附了一些明胶，这就为Gelatin-网实现表面亲水以及水下超疏油性质提供了可能性。除此之外，网表面仍存在大量的孔，有利于实现高通量分离。将冷冻后的Gelatin-网浸入到30%wt的(NH 4 ) 2 SO 4 溶液中，室温下静置1 h，进行清洗后晾干；经过SEM测试，从图2(c)和图2(d)可以看到S-Gelatin-网网孔上同样有一些明胶和存在大量的孔，网表面仍保留亲水/水下超疏油性质和拥有高通量的分离能力的可能。 3.2. 表面润湿性测试 油水分离能力的实现取决于材料表面的湿润性。Gelatin-网与S-Gelatin-网表面的湿润性测试结果如图2所示。在空气中，水滴在Gelatin-网与S-Gelatin网表面的接触角变化如图2(c)和图2(d)所示。可以看到，水滴在Gelatin-网表面0 s时刻的接触角为31˚，在19.2 s后完全铺展；而水滴在S-Gelatin-网表面0 s时刻的接触角为14˚，在7.2 s后完全铺展。可知在经过盐处理后，S-Gelatin-网表面的亲水性变大。在水环境下，如图2(a)所示，二氯甲烷在Gelatin-网表面的接触角为151˚；从图2(b)可以看到，在S-Gelatin-网表面的接触角为156˚；可知，S-Gelatin-网表面的水下超疏油性质更好。原因可能是Gelatin-网经过30%wt的(NH 4 ) 2 SO 4 溶液处理后，得到的S-Gelatin-网表面粘附的明胶内含有盐(NH 4 ) 2 SO 4 ，使S-Gelatin-网表面的亲水性增大，从而S-Gelatin网表面的水下超疏油性增大，有利于油水分离性能的提高。即制备的S-Gelatin网具有优异的亲水/水下超疏油的性质。随后进一步研究了S-Gelatin网表面对油(二氯甲烷的粘附性，如图2(e)所示。可以看到在水中，二氯甲烷无法稳定的粘附在S-Gelatin网表面上。在二氯甲烷与S-Gelatin网表面接触后，随着针管的上升，二氯甲烷也立即离开S-Gelatin网表面。说明S-Gelatin网表面具有优异的抗油污性，有利于提高S-Gelatin网的分离性能。 图1. 制备网的SEM图：(a) Gelatin-网，(b) Gelatin-网表面放大图，(c) S-Gelatin网，(d) S-Gelatin网的表面放大图 图2. (a)与(b)分别为水中二氯甲烷在Gelatin-网、S-Gelatin-网表面的接触角，(c)与(d)分别为水滴在Gelatin-网、S-Gelatin-网表面的接触角变化。(e)在水下，油在S-Gelatin-网表面的动态粘附照片。 3.3. 油水分离测试 分离装置如图3(a)所示，将预先被水润湿的网夹在装置中，随后将配置好的正己烷/水的混合物从装置上方玻璃管口倒入，可以看到正己烷被S-Gelatin-网阻挡在上方玻璃管中，而水快速地通过了S-Gelatin-网流入到下方烧杯中，正己烷/水的混合物被有效地分离开。 3.3.1. 明胶浓度对S-Gelatin-网的分离性能的影响 我们考察了在制备过程中明胶浓度对S-Gelatin-网分离性能的影响，包括：分离效率和分离通量。如图3(b)所示，明胶浓度从1.0%到4.0 wt%时，分离效率随着明胶浓度的增长而变大，明胶浓度在2.5 wt%以上时，S-Gelatin-网具有99.75%以上的分离效率。而分离通量随着明胶浓度的增大而减小最终趋于平缓。因为明胶浓度的增大，制备的S-Gelatin-网表面明胶含量增多，使S-Gelatin-网的亲水/水下超疏油性增强而单位面积所含孔面积减小。在后面的分离实验中，我们采用的是明胶的质量浓度为2.5 wt%条件下制备的S-Gelatin-网。 3.3.2. S-Gelatin-网对多种油/水混合物分离测试 首先考察了S-Gelatin网对多种油的润湿性。如图4(a)所示，可以看到图中五种油在其表面的接触角 图3. S-Gelatin-网在油水分离中的应用，(a) 2.5%-S-Gelatin-网的油水分离过程；(b) 明胶溶液中明胶浓度对S-Gelatin-网的分离性能的影响 图4. S-Gelatin-网对多种油/水混合物的油水分离测试：(a) 五种油在S-Gelatin-网表面的接触角，(b) S-Gelatin-网对五种油/水混合物的分离效率 都大于150˚以上，可知S-Gelatin网对所测试的五种油均具有水下超疏油性。随后考察S-Gelatin-网对不同油/水混合物的分离性能，测试结果如图4(b)所示。可知S-Gelatin-网对石油醚/水、汽油/水、甲苯/水以及菜籽油/水的混合物也具有优异的分离效率，均大于97%以上。 3.3.3. S-Gelatin-网对酸、碱以及盐性水溶液/油的混合物的分离测试 考察了S-Gelatin-网经过0.5 mol/L HCl、0.5 mol/L NaOH以及0.5 mol/L NaCl的水溶液中浸泡不同时间后，二氯甲烷在水中与S-Gelatin-网表面的接触角，结果如图5所示。由图可知，在这三种环境下的接触角都在150℃以上，且接触角值都在151.1˚左右浮动，可知S-Gelatin-网在酸碱盐环境下具有水下超疏油性以及良好的稳定性。随后用制备的S-Gelatin-网对0.5 mol/L HCl、0.5 mol/L NAOH、0.5mol/L NaCl水溶液/正己烷的混合物进行分离性能的测试。如图6所示，经过十次循环，分离效率都稳定在99.6%以上，可见在腐蚀性环境下S-Gelatin-网仍具有优异的油水分离性能。 图5. S-Gelatin-网在腐蚀性水环境下的二氯甲烷在S-Gelatin-网表面的接触角 图6. S-Gelatin-网对具有腐蚀性水溶液/正己烷混合物的分离测试 3.3.4. S-Gelatin-网稳定性研究 重复使用稳定性的好坏是评价油水分离材料在实际应用中的一个重要指标。在研究中，一些研究人员将水凝胶涂抹到金属网上，然而由于水凝胶的机械性能较差，制备的油水分离材料不耐机械冲击，而且水凝胶亲水强，易吸水溶胀而脱落，同样导致材料分离性能的破坏，使其重复使用性差。根据文献报道 [ 18 ] ，明胶在经过(NH 4 ) 2 SO 4 溶液处理后，它的机械强度会得到大大的提升。在本研究中，制备的Gelatin-网再经过(NH 4 ) 2 SO 4 溶液处理，得到S-Gelatin-网。分别采用Gelatin-网与S-Gelatin-网对正己烷/水混合物进分离，重复使用40次测试其分离效率，结果如图7所示。可以看到重复使用Gelatin-网分离正己烷/水混合物，其分离效率明显下降；而重复使用S-Gelatin-网分离正己烷/水混合物时，分离效率比较稳定。通过SEM也可以看到，Gelatin-网表面在重复使用后变化明显，网表面的明胶脱落明显，导致网孔裸露出来(图8(a))。然而，S-Gelatin-网表面明胶没有明显脱落(图8(c))。通过在水环境下的接触角测试，二氯甲烷在重复使用40次后的Gelatin-网表面接触角明显下降(图8(b))，而对于S-Gelatin-网，接触角几乎保持不变(图8(d))。可知在经过(NH 4 ) 2 SO 4 溶液处理后的S-Gelatin-网更加耐冲击、磨损，即重复使用性稳定。 3.3.5. 原料以及S-Gelatin-网的回收利用研究 采用一步浸没法制备油水分离材料是常用的方法；然而，通常这种制备方法是将多孔基质浸没在含有单体的母液中，后加入引发剂使母液中单体聚合形成聚合物，一部分聚合物就粘附在基质上；干燥后得到所需的油水分离材料。然而这种方法在制备油水分离材料时，母液中生成的聚合物不易回收，导致原料单体的极大浪费。所以，原料无浪费、绿色且简单的制备方法是迫切需求的。本实验所使用的原料明胶是天然、热可逆性的大分子亲水蛋白胶。在临界温度40℃以上时，明胶在水中开始溶解，处于无规盘绕状态；在临界温度40℃以下时，明胶溶液中的明胶可以通过氢键作用形成螺旋区域使明胶溶液形成Gelatin水凝胶；当温度再次高于40℃时，明胶水凝胶又变成明胶溶液。通过对原始Gelatin、C-Gelatin (指明胶溶液冷却后形成的明胶水凝胶)以及S-Gelatin进行傅里叶变换红外光谱表征FIR可以证明在其过程原料明胶没有发生化学变化，其结果如图9所示。可以看到，对于这三个样品在3415 cm −1 、1650 cm −1 处都出现峰，分别为-OH的伸缩振动特征峰、酰胺-I带的特征峰。这几处峰都为明胶的特征峰且三个样品的红外谱图的趋势接近，且趋势符合文献报道 [ 18 ] 。可知明胶在制备过程中没有发生化学变化。所以在本实验过程中，在成功制备S-Gelatin-网时，可实现剩余明胶的有效回收。 另外我们对S-Gelatin-网在60℃水中超声处理0.5 h前后的表面进行了SEM测试。如图10所示，可以看到在处理后，网表面的明胶几乎脱离完全，即处理后网回到了原始的不锈钢网的形貌。所以所制备 图7. Gelatin-网与S-Gelatin-网的分离稳定性考察 图8. Gelatin-网和S-Gelatin-网重复使用后的表面形貌和接触角表征 图9. Gelatin、C-Gelatin以及S-Gelatin的傅里叶红外表征 图10. S-Gelatin-网在60℃热水中超声处理前后的扫描电镜图 的S-Gelatin-网在长期使用导致失效时，可以通过在60℃水中超声处理下进行回收。