340 工程科学学报，第43卷，第3期 量节省人力物力资源等优势.wang等6]制备出 并且在-10~-5℃延缓能力尤为明显 具有焦耳热效应的聚碳酸酯石墨烯基超疏水材 3.3油水分离 料，经过防覆冰测试，其可延迟335s的冷冻时间， 超疏水表面用于油水分离在实验室中的研究 并使冰晶不易在表面积聚，其防覆冰性能是普通 已经相当成熟，各类具备超疏水表面的吸油材料 的6倍，同时通过釉冰消除试验，在75s内可完全 都展现出优异的油水分离能力，且具有较好的循 去除表面3mm厚的釉冰，呈现出优异的防覆冰及 环利用性，但受制于原料成本高及工艺较为复杂 快速除冰性能.此外，该涂层经过不同pH值的 等因素，需要研究人员将材料成本再降低，分离 酸、碱、盐溶液中浸泡24h后，呈现出优异的防腐 效率再提高，循环耐久性再提升，以不断满足日 和超疏水性能；分别经过12.5kPa和2.5kPa的法 益发展的生产需要.Liao等B制备出油水分离的 向压力移动20cm循环磨耗样品40次和400次 超疏水mGO/PDMS杂化涂层，在几秒内水面和 后，表现出优异的超疏水性能.Akhtar等6，采用 底部的油已全部被顺利分离，如图11所示：涂层 表面修饰法制备了氟化石墨烯防覆冰涂层，并在 对石油醚、己烷、甲苯等多种油的分离效率均高 蓝宝石玻璃基体表面上测试了涂层的防覆冰性 于90%，对三氯甲烷的分离效率达到了99.8%，且 能，如图10所示，相比原基体和普通石墨烯表面， 在经历15个分离循环后仍能保持98.4%的高分 氟化石墨烯涂层大幅度延缓了基体的结冰时间， 离效率；此外，将其分别浸泡于水、己烷、甲苯、 NaC1、酸和碱溶液中，浸泡于不同温度(30、60、 26000 24000 -As-received sapphire -Graphene 90、120和150℃)6h后，其接触角几乎无变化， 22000 Graphene with 30s XeF,treatment 20000 Graphene with 1200 s 仍保持在150以上，呈现出优异的分离效率、可 18000 XeF,treatment 台16000 重复使用性、热稳定性和化学稳定性.Das等s1 号14000 通过表面改性技术合成了磁性活化二维超疏水 里12000 10000 氧化石墨烯(MASHGO)粉末，该粉末水接触角高 8000 6000 达152°，具有良好的疏水亲油性，对各种天然以 4000 及合成油在水包油和油包水乳液呈现出良好的 2000 油水分离能力.如图1l(c)~(e)所示，未添加 -16 -14 -12 -10 8 Temperature/℃ MASHGO前图(c),油滴均匀分布在水中，添加 图10不同温度条件下延迟结冰时间图网 MASHGO后(d)~(e),油滴被吸附并逐渐团聚， Fig.10 Delayed freezing time diagram under different temperature 在以铷磁铁控制粉末移动时，油滴基本上全部从 水中分离出 (a) 50m (d) (b) 50m e MAHGO MASHG 50m 图11石墨烯基超疏水聚氨酯材料油水分离测试图.(a)轻油：(b)重油：(c-e)分别为MASHGO添加前、中、后的油水分离实验图及局部扫描 电镜图) Fig.11 Graphene-based super-hydrophobic polyurethane material oil-water separation test:(a)light oil;(b)heavy oill;(c-e)are the oil-water separation experiment and partial SEM before,during,and after MASHGO addition!51量节省人力物力资源等优势. Wang 等[63] 制备出 具有焦耳热效应的聚碳酸酯石墨烯基超疏水材 料，经过防覆冰测试，其可延迟 335 s 的冷冻时间， 并使冰晶不易在表面积聚，其防覆冰性能是普通 的 6 倍，同时通过釉冰消除试验，在 75 s 内可完全 去除表面 3 mm 厚的釉冰，呈现出优异的防覆冰及 快速除冰性能. 此外，该涂层经过不同 pH 值的 酸、碱、盐溶液中浸泡 24 h 后，呈现出优异的防腐 和超疏水性能；分别经过 12.5 kPa 和 2.5 kPa 的法 向压力移动 20 cm 循环磨耗样品 40 次和 400 次 后，表现出优异的超疏水性能. Akhtar 等[64] ，采用 表面修饰法制备了氟化石墨烯防覆冰涂层，并在 蓝宝石玻璃基体表面上测试了涂层的防覆冰性 能，如图 10 所示，相比原基体和普通石墨烯表面， 氟化石墨烯涂层大幅度延缓了基体的结冰时间， 并且在−10～−5 ℃ 延缓能力尤为明显. 3.3    油水分离 超疏水表面用于油水分离在实验室中的研究 已经相当成熟，各类具备超疏水表面的吸油材料 都展现出优异的油水分离能力，且具有较好的循 环利用性. 但受制于原料成本高及工艺较为复杂 等因素，需要研究人员将材料成本再降低，分离 效率再提高，循环耐久性再提升，以不断满足日 益发展的生产需要. Liao 等[32] 制备出油水分离的 超疏水 mGO/PDMS 杂化涂层，在几秒内水面和 底部的油已全部被顺利分离，如图 11 所示；涂层 对石油醚、己烷、甲苯等多种油的分离效率均高 于 90%，对三氯甲烷的分离效率达到了 99.8%，且 在经历 15 个分离循环后仍能保持 98.4% 的高分 离效率；此外，将其分别浸泡于水、己烷、甲苯、 NaCl、酸和碱溶液中，浸泡于不同温度（ 30、 60、 90、120 和 150 ℃ ） 6 h 后，其接触角几乎无变化， 仍保持在 150°以上，呈现出优异的分离效率、可 重复使用性、热稳定性和化学稳定性. Das 等[65] 通过表面改性技术合成了磁性活化二维超疏水 氧化石墨烯（MASHGO）粉末，该粉末水接触角高 达 152°，具有良好的疏水亲油性，对各种天然以 及合成油在水包油和油包水乳液呈现出良好的 油水分离能力. 如图 11（ c）～（ e）所示，未添加 MASHGO 前图（ c），油滴均匀分布在水中，添加 MASHGO 后 （d）～（ e），油滴被吸附并逐渐团聚， 在以铷磁铁控制粉末移动时，油滴基本上全部从 水中分离出. 26000 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 Freezing delay/s 0 −16 −14 −12 −10 Temperature/℃ −8 −6 −4 As-received sapphire Graphene Graphene with 30 s XeF2 treatment Graphene with 1200 s XeF2 treatment 图 10    不同温度条件下延迟结冰时间图[64] Fig.10     Delayed  freezing  time  diagram  under  different  temperature conditions[64] Without MASHGO Before MASHGO addition 50 μm Without MASHGO With MASHGO Without MASHGO With MASHGO 50 μm 50 μm (a) (c) (d) (e) (b) 图 11    石墨烯基超疏水聚氨酯材料油水分离测试图. （a）轻油；（b）重油[32] ；（c~e）分别为 MASHGO 添加前、中、后的油水分离实验图及局部扫描 电镜图[65] Fig.11     Graphene-based  super-hydrophobic  polyurethane  material  oil ‒water  separation  test:  (a)  light  oil;  (b)  heavy  oil[32] ;  (c ‒e)  are  the  oil-water separation experiment and partial SEM before, during, and after MASHGO addition[65] · 340 · 工程科学学报，第 43 卷，第 3 期