活性炭疏水改性及其油水分離性能

張瓊元，馬海瑞，朱厚堃，李文麗，胡丹丹，陸江銀，崔彥斌*

(1新疆大學(xué) 化工學(xué)院 石油天然氣精細(xì)化工教育部暨自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；2 中國科學(xué)院過程工程研究所 多相復(fù)雜系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；3 西安航天動(dòng)力研究所，西安 710100)

活性炭具有孔隙發(fā)達(dá)、比表面積高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用廣泛的吸附材料，常被用于廢水、大氣污染治理和油水分離等領(lǐng)域[1-3]。由于活性炭表面含氧官能團(tuán)較多，導(dǎo)致其具有較強(qiáng)的親水性。環(huán)境中水分子和污染物分子產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性吸附[3]，使得活性炭對(duì)污染物分子的吸附效果變差，進(jìn)而加速活性炭的“老化”過程[4]。因此，有必要對(duì)活性炭進(jìn)行疏水改性，從而提高其吸附效率并拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

目前活性炭疏水改性方法主要包括堿改性[5-6]、等離子體氣相沉積[4]、熱處理[5,7]、化學(xué)接枝[8-9]等?；钚蕴拷?jīng)NaOH溶液改性后表面非極性增強(qiáng)，疏水性能有一定程度提高。但堿改性會(huì)導(dǎo)致活性炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)坍塌，吸附容量降低。等離子體化學(xué)氣相沉積是利用離子、電子和活性粒子與活性炭表面官能團(tuán)的相互作用來改變其親/疏水性能[10]，該方法設(shè)備要求較高，工業(yè)化應(yīng)用較為困難。與上述兩種改性方法相比，熱處理法和化學(xué)接枝法操作簡(jiǎn)單、效率較高，同時(shí)可避免堿液難以處理和設(shè)備成本高等問題。高偉等[11]在180 ℃水蒸氣下將楊木材處理4 h后接觸角可達(dá)125°，其疏水性能提升主要原因是活性炭表面親水官能團(tuán)脫除所致。張馨等[12]將活性炭在700 ℃的N2氣氛中活化2 h，得到了接觸角為86°的活性炭，與初始活性炭水接觸角(69.5°)相比提升了約25%。Khurana等[13]采用乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)對(duì)氧化鋅納米粒子進(jìn)行表面改性，結(jié)果表明改性后氧化鋅的水接觸角可達(dá)150°以上；其紅外測(cè)試結(jié)果表明VTES成功接枝到ZnO表面，說明嫁接疏水長(zhǎng)鏈烷基可實(shí)現(xiàn)無機(jī)粉體的疏水改性。Li等[14]使用正硅酸四乙酯(TEOS)和三甲基氯硅烷(TMCS)對(duì)活性炭進(jìn)行疏水改性，所得樣品的水接觸角可達(dá)143°，但比表面積下降了約21%。上述研究表明，熱處理和化學(xué)接枝法均能有效提高無機(jī)材料的疏水性能?；钚蕴恐饕獞?yīng)用于吸附領(lǐng)域，故在對(duì)其進(jìn)行疏水改性的同時(shí)還應(yīng)盡可能確保其比表面積無顯著降低。而對(duì)活性炭?jī)H采用熱處理或化學(xué)接枝改性法，無法使其同時(shí)具有良好的疏水性能和較高的比表面積。

鑒于此，本工作以廢舊活性炭為原料，采用十八烷基三氯硅烷和十二烷酸為改性試劑，通過化學(xué)接枝和CO2熱處理方式對(duì)其進(jìn)行表面改性和再生，制備出性能良好的再生疏水活性炭，并對(duì)其油水分離性能進(jìn)行了研究。與其他活性炭疏水改性方法相比，本方法成本較低，制備工藝簡(jiǎn)單，且對(duì)環(huán)境綠色無污染，并可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢棄物的二次利用。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 原料及試劑

廢舊活性炭(淄博鵬達(dá)環(huán)?？萍加邢薰?，灰分8%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同，粒徑100～200目)；十八烷基三氯硅烷、十二烷酸、二氯甲烷、正己烷(麥克林試劑公司,分析純)；甲苯、乙二醇、鹽酸、氫氧化鈉、乙醇(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，分析純)；司班80(阿拉丁試劑有限公司，分析純)；機(jī)油(長(zhǎng)城)；去離子水(實(shí)驗(yàn)室自制，pH=7)。

1.2 疏水活性炭制備與活化再生

使用去離子水將廢舊活性炭反復(fù)洗滌多次，以去除其中可溶性雜質(zhì)。將洗滌后的活性炭置于105 ℃烘箱中烘干12 h，直至質(zhì)量不再變化(記為AC)。稱取2.0 g AC放入燒杯中，然后加入40 mL乙醇、10 mL蒸餾水、1.5 mL十八烷基三氯硅烷及0.5 g十二烷酸于燒杯中磁力攪拌6 h混合均勻，用砂芯漏斗反復(fù)洗滌抽濾至中性。最后將濾餅置于鼓風(fēng)干燥箱中105 ℃干燥8 h，得到疏水改性活性炭(記為HAC)。

將AC和HAC均勻平鋪在氧化鋁瓷舟中放入管式爐，CO2氣體流速為80 mL/min，以10 ℃/min的速率升溫至800 ℃恒溫2 h。待管式爐冷卻至室溫后取出樣品，得到再生活性炭(記為R-AC)和再生疏水活性炭(記為R-HAC)。

1.3 樣品分析

采用熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡與能譜分析儀(JSM-7001F+INCA X-MAX)對(duì)樣品微觀形貌和表面元素分布進(jìn)行表征；采用X射線光電子能譜儀(AXIS ULTRA DLD)測(cè)定樣品中元素及不同元素存在形態(tài)；采用全自動(dòng)比表面積及孔徑分析儀(Autosorb-iQ)測(cè)定樣品的比表面積及孔徑大小和分布；采用接觸角測(cè)量?jī)x(OCA 25)表征樣品的疏水性能；采用傅里葉變換紅外光譜儀(TENSOR 27)分析樣品表面官能團(tuán)；采用高溫?zé)嶂胤治鰞x(LABSYS EVO)分析樣品熱穩(wěn)定性。

1.4 油水分離

1.4.1 油水乳液配制

將2 mL甲苯和98 mL去離子水置于錐形瓶中，超聲1 h得到無表面活性劑的水包油型乳液[15]。將98 mL甲苯和2 mL水置于錐形瓶中，加入0.2 g表面活性劑(Span-80)，磁力攪拌5 h得到油包水型乳液[15]。其他油水乳液的配制方法相同。

1.4.2 分離性能表征

使用磁力攪拌法分離無表面活性劑的水包油型乳液。將0.5 g再生疏水活性炭R-HAC加入10 mL的乳液中，磁力攪拌2 min后經(jīng)有機(jī)濾膜過濾得到澄清液體。為了表征活性炭對(duì)于水包油乳液的吸附分離效果，使用總有機(jī)碳分析儀(TOC-VCPN)測(cè)量稀釋10倍后的乳液及吸附后濾液中油相的含量[16]。

使用尼龍/疏水活性炭復(fù)合過濾膜分離油包水型乳液。在制備復(fù)合過濾膜時(shí)，首先將一層有機(jī)濾膜固定，隨后將0.3 g R-HAC分散在20 mL乙醇中，減壓抽濾(真空度約為-0.09 MPa)形成濾餅狀，最后再將相同的尼龍有機(jī)濾膜覆蓋在濾餅上即可。采用卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀(V20S)分析分離前后乳液含水量的變化，采用生物光學(xué)顯微鏡(9XF-PC)觀測(cè)分離前后乳液中油滴或水滴的變化情況。為驗(yàn)證分離膜的循環(huán)使用壽命，將分離過濾后的R-HAC使用乙醇清洗3～5次后并在105 ℃烘箱中干燥12 h，然后進(jìn)行油包水乳液分離實(shí)驗(yàn)以評(píng)價(jià)其循環(huán)性能。

2 結(jié)果與分析

2.1 活性炭比表面積分析

比表面積是衡量活性炭性能的重要指標(biāo)，其大小與吸附能力呈正相關(guān)[4]。表1列出了改性前后活性炭的比表面積、孔容及平均孔徑?？梢钥闯觯杷男院驛C的比表面積由539.65 m2·g-1下降至350.93 m2·g-1，這是由于改性過程中部分改性用化合物在活性炭孔內(nèi)殘留造成孔隙堵塞。在800 ℃和CO2氣氛下，將AC和HAC進(jìn)行活化再生以去除活性炭表面所吸附的污染物與有機(jī)物，同時(shí)利用CO2對(duì)活性炭進(jìn)行二次造孔?；罨偕蠡钚蕴勘缺砻娣e大幅提升，R-AC和R-HAC比表面積分別增至826.40 m2·g-1和834.75 m2·g-1。

表1 改性前后不同活性炭比表面積、孔容及平均孔徑Table 1 Specific surface area,pore volume and average pore size of different activated carbons before and after modification

圖1為不同活性炭的N2吸脫附曲線及孔徑分布圖。由圖1(a)可以看出，AC,H-AC,R-AC,R-HAC的等溫吸附線均為Ⅳ型，回滯環(huán)均為H4型[17]。P/P0<0.1時(shí)N2的吸附量迅速增加，隨后吸附曲線趨于穩(wěn)定。P/P0為0.4～1.0時(shí)吸附曲線再一次凸起并出現(xiàn)吸附回滯環(huán)，這是由于毛細(xì)凝聚作用使N2分子在低壓狀態(tài)下冷凝而填充了活性炭介孔[4]。從圖1(b)，(c)可以看出，AC和HAC的微孔孔徑集中分布在0.5～0.8 nm，而R-AC和R-HAC的微孔孔徑則大多集中在0.4～0.6 nm。這是由于高溫條件下CO2的氧化造成活性炭中被堵塞的孔隙打開以及新的孔隙形成，進(jìn)而提高其微孔含量[18]。由表1可知，R-AC和R-HAC的平均孔徑為2.15 nm左右，小于AC和HAC的平均孔徑。

圖1 不同活性炭的N2吸脫附曲線(a)、全孔(b)及微孔(c)孔徑分布圖Fig.1 Nitrogen adsorption-desorption curves (a),full pore size (b) and micropore size (c) distribution of different activated carbons

2.2 微觀形貌分析及表面元素分布

圖2為廢舊活性炭及經(jīng)不同方式處理后的活性炭微觀形貌圖。從圖2(a)可以看出，廢舊活性炭表面雜質(zhì)較多，由于廢舊活性炭所吸附物質(zhì)堵塞了孔道，使得其比表面積降低。與AC相比，HAC表面出現(xiàn)了較多不規(guī)則顆粒狀物質(zhì)(圖2(b))，同時(shí)部分微孔消失。AC經(jīng)改性后部分微孔表面和內(nèi)壁被改性物質(zhì)所堵塞，導(dǎo)致比表面積下降，這與BET測(cè)試結(jié)果一致。廢舊活性炭經(jīng)CO2高溫再生后表面雜質(zhì)減少(圖2(c))，所得R-AC表面較為平滑，同時(shí)活性炭的微孔增加。與HAC相比，疏水改性活性炭再生后微孔增加(圖2(d))，但表面仍有部分不規(guī)則顆粒物。

通過EDS分析了疏水改性前后活性炭表面元素分布情況(圖3)，AC的EDS譜圖(圖3(a))表明活性炭表面僅有C和O兩種元素，C元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為89.24%。HAC表面(圖3(b))C元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降至85.82%，O元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降至9.63%。同時(shí)HAC表面含有較多Si(3.30%)和Cl元素(1.25%)，表明改性后活性炭表面形成了含有Si和O元素的疏水官能團(tuán)。與廢舊活性炭(AC)相比，再生活性炭(R-AC)表面C元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由89.24%上升至94.46%，O元素含量由10.61%降至5.54%(圖3(c))，表明R-AC表面的部分含氧物質(zhì)得以脫除。與HAC的EDS譜圖(圖3(b))相比，R-HAC表面C,O,Si,Cl元素含量并無明顯變化(圖3(d))，表明所得疏水活性炭具有良好的熱穩(wěn)定性，經(jīng)高溫再生后活性炭仍具有良好的疏水性能。

為進(jìn)一步確定活性炭改性前后樣品元素及其相對(duì)含量，采用X射線能譜儀對(duì)不同樣品進(jìn)行了分析。圖4(a)～(d)依次為AC,HAC,R-AC,R-HAC的XPS全譜圖。AC在結(jié)合能為530.1,281.5 eV處分別出現(xiàn)O1s,C1s的特征峰，HAC在結(jié)合能為529.3,281.7,102.3 eV處分別出現(xiàn)O1s,C1s,Si2p的特征峰，其中Si2p特征峰的出現(xiàn)表明OTS被成功接枝在活性炭表面[19]。R-AC在結(jié)合能為532.7,284.1 eV處分別出現(xiàn)O1s,C1s的特征峰，且較AC而言C元素含量明顯增加，與EDS結(jié)果較為一致。R-HAC在結(jié)合能為529.6,280.9,102.4 eV處分別出現(xiàn)O1s,C1s,Si2p的峰，其中Si元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.67%，較HAC中Si元素質(zhì)量占比(7.17%)有所下降。但表明經(jīng)高溫活化后疏水活性炭仍具有良好的疏水性能，與EDS能譜掃描結(jié)果較為一致。

圖4 不同活性炭的XPS全譜分析 (a)AC;(b)HAC;(c)R-AC;(d)R-HACFig.4 Full XPS spectra analysis of different activated carbons (a)AC;(b)HAC;(c)R-AC;(d)R-HAC

2.3 FT-IR分析

圖5 不同活性炭的FT-IR譜圖Fig.5 FT-IR spectra of different activated carbons

2.4 親疏水性表征

對(duì)不同活性炭樣品的靜態(tài)水接觸角(water contact angle,WCA)進(jìn)行了測(cè)試(圖6)，以比較改性及再生前后活性炭的疏水性能。由圖6(a)可看出廢舊活性炭的水接觸角僅為41°，再生活性炭接觸角為89°(圖6(c))。再生過程中活性炭表面部分親水性基團(tuán)脫落，故與廢舊活性炭相比，再生活性炭疏水性能有所提高。但AC和R-AC的接觸角均小于90°，因此二者均屬于親水材料?；钚蕴渴杷男院螅琀AC的接觸角為142°(圖6(b))，表明其具有良好的疏水性能。HAC再生后水接觸角降低至135°，說明HAC再生后(R-HAC)仍具有優(yōu)異的疏水性能。HAC經(jīng)高溫再生處理后其接觸角僅降低7°，證明其疏水性能具有良好的熱穩(wěn)定性，利于活性炭的循環(huán)使用。

圖6 不同活性炭的靜態(tài)水接觸角 (a)AC;(b)HAC;(c)R-AC;(d)R-HACFig.6 Static water contact angles of different activated carbons (a)AC;(b)HAC;(c)R-AC;(d)R-HAC

2.5 穩(wěn)定性測(cè)試

通常情況下疏水材料使用環(huán)境的酸堿性對(duì)其疏水性能及吸附穩(wěn)定性有顯著影響，因此耐酸堿性是評(píng)價(jià)疏水材料的重要指標(biāo)。圖7(a)是將R-HAC分別在pH=1,4,7,10,13的溶液中浸泡12 h后測(cè)得的靜態(tài)接觸角(通過HCl和NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值)。在中性溶液(pH=7)中浸泡12 h后，R-HAC的接觸角為135°。與未在溶液中浸泡的疏水活性炭接觸角(142°)相比，其接觸角降低7°。隨著溶液pH值增大或減小，R-HAC接觸角均出現(xiàn)小幅度降低。在強(qiáng)酸性溶液(pH=1)中浸泡12 h后，R-HAC接觸角為130°，在強(qiáng)堿性溶液(pH=13)中浸泡12 h后，R-HAC接觸角為125°。相比于中性溶液，R-HAC接觸角僅下降了5°和10°，表明再生疏水活性炭具有良好的耐酸堿性。

圖7 R-HAC穩(wěn)定性測(cè)試 (a)耐酸堿性；(b)力學(xué)穩(wěn)定性Fig.7 Stability test of R-HAC (a)acid/alkaline resistance;(b)mechanical stability

通常當(dāng)超聲振蕩頻率大于20 kHz時(shí)，超聲波能脫除材料表面通過非化學(xué)鍵所吸附的物質(zhì)[30]。因此，可通過超聲時(shí)長(zhǎng)來判斷疏水材料的力學(xué)穩(wěn)定性[30-31]。圖7(b)是將R-HAC浸泡在乙醇溶液中，然后在40 kHz的頻率下分別超聲4,8,12,16 h和20 h后測(cè)得的水接觸角。隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，R-HAC接觸角緩慢下降。當(dāng)超聲時(shí)間延長(zhǎng)至20 h時(shí)，R-HAC接觸角降至127°。經(jīng)過20 h的高頻率超聲，R-HAC水接觸角僅降低了8°，表明疏水官能團(tuán)與活性炭結(jié)合力較強(qiáng)，R-HAC具有良好的力學(xué)穩(wěn)定性。

圖8為AC和R-HAC在空氣為載氣、升溫速率10 ℃/min條件下的熱重曲線。AC的失重可分為三個(gè)階段，首先是50～100 ℃范圍內(nèi)輕微失重，這是由于活性炭中吸附的少量水分蒸發(fā)所造成的。水分子以較弱的物理吸附與活性炭結(jié)合，故在低溫下就可脫除。其次，在100～250 ℃溫度區(qū)間內(nèi)AC質(zhì)量隨溫度幾乎沒有變化。但在250～500 ℃溫度區(qū)間內(nèi)AC熱失重曲線呈現(xiàn)快速下滑趨勢(shì)，這是由于固定炭的燃燒和表面化合物的分解造成的。R-HAC的失重曲線同樣可看作三個(gè)階段，第一階段與AC基本一致，R-HAC在100～400 ℃溫度區(qū)間內(nèi)幾乎未發(fā)生失重，400～550 ℃溫度區(qū)間內(nèi)R-HAC快速失重，表明再生疏水活性炭的熱穩(wěn)定性較原始廢舊活性炭有一定程度提高。AC和R-HAC的炭損失率分別為95%和90%，這是由于OTS中含Si官能團(tuán)在該溫度范圍內(nèi)難以揮發(fā)導(dǎo)致R-HAC失重率低于AC。

圖8 AC和R-HAC的TG曲線Fig.8 TG curves of AC and R-HAC

2.6 油水分離性能

2.6.1 水包油乳液的分離

圖9(a)中從左至右分別為水包甲苯乳液靜置10 min,12 h和經(jīng)R-HAC分離后所得澄清溶液的光學(xué)照片，圖9(b)～(d)分別為對(duì)應(yīng)溶液的光學(xué)顯微照片。由圖9(a)可見，水包甲苯乳液隨靜置時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)一定的去乳化過程，出現(xiàn)油水分層現(xiàn)象[32]。通過對(duì)比圖9(b)，(c)的光學(xué)顯微照片可以看出，靜置12 h后水包甲苯乳液中油滴發(fā)生聚集而導(dǎo)致了油水分層現(xiàn)象。但從圖9(c)中可知，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間靜置后溶液中大部分油相仍為直徑較小的油滴，即溶液整體還處于乳化狀態(tài)[33]。由于R-HAC具有疏水親油性，因此能夠選擇性地捕獲油滴。當(dāng)R-HAC分散在乳液中時(shí)在油水界面與表面活性物質(zhì)形成競(jìng)爭(zhēng)吸附，破壞油水界面膜穩(wěn)定性，進(jìn)而快速吸附分子態(tài)的油相物質(zhì)，從而去除水包油乳液中的油相物質(zhì)[34]。從圖9(d)可以看出，經(jīng)R-HAC吸附后乳液中幾乎沒有明顯的油滴，表明R-HAC對(duì)水包油乳液能夠進(jìn)行有效的油水分離。經(jīng)TOC測(cè)試可知，原始水包甲苯乳液中甲苯含量為21.05 g·L-1，R-HAC吸附分離后濾液中甲苯含量下降至1.67 g·L-1，即吸附分離后溶液中甲苯含量下降92.07%。而乳液經(jīng)AC和HAC吸附分離后甲苯含量分別下降42.58%和37.64%，并且HAC對(duì)水包甲苯乳液的吸附分離能力弱于AC。這是由于改性后活性炭比表面積降低約40%，活性炭比表面積和疏水性能均會(huì)影響活性炭對(duì)水包油乳液的吸附分離效率。圖10為AC和R-HAC對(duì)甲苯、正己烷、二氯甲烷、乙二醇和機(jī)油的水包油乳液吸附分離效率對(duì)比圖，可以看出R-HAC分離效率均在80%以上，較AC的分離效率提高1倍以上。其中，R-HAC對(duì)于水包正己烷乳液的分離效率為93.14%，對(duì)水包機(jī)油乳液的分離效率為81.58%，說明R-HAC對(duì)多種水包油乳液均具有良好的吸附分離效果。

圖9 水包甲苯乳液靜置10 min,12 h和經(jīng)R-HAC分離后溶液的光學(xué)照片(a)，水包甲苯乳液靜置10 min(b)和12 h (c)后的光學(xué)顯微圖片以及利用R-HAC吸附分離后濾液的光學(xué)顯微圖片(d)Fig.9 Optical image of the toluene-in-water emulsion after standing for 10 min,12 h and separation by R-HAC (a),optical micrographs of the toluene-in-water emulsion after standing for 10 min (b) and 12 h (c), optical micrograph of filtrate adsorbed and separated by R-HAC (d)

圖10 AC和R-HAC對(duì)不同種類水包油乳液的分離效率Fig.10 Separation efficiency of AC and R-HAC for different oil-in-water emulsions

2.6.2 油包水乳液的分離

圖11(a)為油包水乳液的分離裝置，圖11(b)為由尼龍濾膜和R-HAC所組成的復(fù)合分離膜。當(dāng)過濾油水乳液時(shí)，由于疏水活性炭具有良好的親油性，油相會(huì)在一定壓力下滲透穿過膜材料，而水相則會(huì)被截留在膜材料表面，從而實(shí)現(xiàn)油水分離[35]。隨著分離時(shí)間的延長(zhǎng)，水滴在濾膜表面形成水分子層[36]，從而使分離膜孔道堵塞進(jìn)而導(dǎo)致分離效率降低。圖11(c)從左到右為甲苯包水乳液分離前后的光學(xué)照片，可以看出甲苯包水乳液分離后變得較為澄清。乳液分離前的光學(xué)顯微圖片(圖11(d))顯示甲苯包水乳液中含大小不等的水滴，而分離后(圖11(e))溶液中幾乎無明顯水滴存在。利用卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀測(cè)得甲苯包水乳液中含水量為2.57%，經(jīng)復(fù)合分離膜分離后濾液中含水量為0.22%，即分離純化效率為91.44%。而AC和HAC的分離效率分別為51.76%和48.43%，表明尼龍濾膜/R-HAC復(fù)合分離膜對(duì)甲苯包水乳液具有良好的分離效率。

圖11 過濾裝置(a)，尼龍濾膜/R-HAC復(fù)合分離膜(b)，甲苯包水乳液分離前后光學(xué)照片(c)以及乳液分離前(d)與分離后(e)光學(xué)顯微圖片F(xiàn)ig.11 Filtration device (a),nylon filter membrane/R-HAC hybrid separation membrane (b),optical photos of water-in-toluene emulsion before and after separation (c),optical microscopic images of water-in-toluene emulsion before (d) and after (e) separation

圖12為復(fù)合分離膜循環(huán)使用次數(shù)與其分離效率和接觸角的變化曲線(以甲苯包水乳液為例)，可以看出復(fù)合分離膜循環(huán)使用10次后其疏水性能并無明顯變化，水接觸角保持在130°左右，乳液分離效率保持在91%以上，表明復(fù)合分離膜具有良好的循環(huán)性能。圖13為AC和R-HAC對(duì)甲苯、正己烷、二氯甲烷、乙二醇與機(jī)油的油包水乳液的分離效率對(duì)比圖，可以看出R-HAC分離效率均在80%以上。其中，R-HAC對(duì)于正己烷包水乳液的分離效率可達(dá)93.08%，對(duì)機(jī)油包水的分離效率為82.32%，說明R-HAC對(duì)多種油包水乳液均具有良好的吸附分離效果。

圖12 循環(huán)次數(shù)對(duì)甲苯包水乳液分離效率和R-HAC接觸角的影響Fig.12 Effect of cycle number on separation efficiency and R-HAC contact angle of water-in-toluene emulsion

圖13 AC和R-HAC對(duì)不同種類油包水乳液的分離效率Fig.13 Separation efficiency of AC and R-HAC for different water-in-oil emulsions

3 結(jié)論

(1)十八烷基三氯硅烷和十二烷酸有效接枝在活性炭表面。所得疏水活性炭水接觸角為142°，800 ℃時(shí)CO2再生后其比表面積可達(dá)834.75 m2·g-1，水接觸角為135°。

(2)再生疏水活性炭在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下浸泡12 h后水接觸角仍穩(wěn)定在125°左右，經(jīng)40 kHz超聲振蕩20 h后水接觸角穩(wěn)定在130°左右，表明再生疏水活性炭具有良好的耐酸堿性和力學(xué)穩(wěn)定性。且經(jīng)熱重分析測(cè)試，再生疏水活性炭較原始活性炭的炭損失率有所下降，熱穩(wěn)定性有所提高。

(3)再生疏水活性炭在模擬油水分離過程中，對(duì)水包甲苯乳液中油相的吸附分離效率可達(dá)92.07%。由再生疏水活性炭和尼龍有機(jī)濾膜制備的復(fù)合過濾膜對(duì)甲苯包水乳液的分離效率高達(dá)91.44%以上，且復(fù)合過濾膜經(jīng)10次循環(huán)使用后分離效率仍高于91%。同時(shí)，再生疏水活性炭對(duì)多種水包油、油包水乳液(正己烷、二氯甲烷、乙二醇、機(jī)油等)的分離效率均在80%以上。