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第 4 期 张雪梅，等: 磁驱动超疏水海绵制备及油水分离性能 ·625·

2.2.5 应力-应变性能分析 备过程不需要特殊设备，原料环境友好，因此更经
室温下对原始海绵和改性后海绵进行应力-应 济，便于工业化推广。
变测试，海绵尺寸为 1 cm×2 cm×2 cm，压缩的形变
量为其初始厚度的 75%，压缩速率为 10 mm/min。
如图 6 所示，两种海绵的应力-应变曲线相近，弹性
性能相差不大，因此改性后海绵表面超疏水层并不
会破坏海绵的原有弹性特性，制备出的超疏水海绵
仍然具有良好的弹性。

图 6 原始海绵和改性后海绵的应力-应变曲线
Fig. 6 Stress-strain curves of the pristine sponge and as-
prepared sponge

2.3 磁驱动超疏水海绵超疏水稳定性研究
为了研究改性后海绵的超疏水稳定性，将改性
后海绵分别置于 4 种苛刻环境下（pH 不同的水溶液、
不同高温下的热水、不同高温下的空气、不同的油/
有机溶剂）24 h 后，取出海绵测量其表面水接触角，
对其表面超疏水稳定性进行评价，结果见图 7。如
图 7a 所示，改性后海绵在 pH=2、4、7、9、11 和
13 的水溶液中完全浸泡 24 h 后，表面水接触角仍高
于 148。将改性后海绵分别完全浸于正己烷、十六
烷、汽油、花生油和甲苯溶液中 24 h 后，测其表面
水接触角高于 154，如图 7b 所示。该结果表明，
改性后海绵在油/有机溶剂和腐蚀性溶液浸泡后，仍
然保持高的超疏水性。将改性后海绵分别完全浸于
50、60、70、80 和 90 ℃的热水中，24 h 后测其表
面水接触角，仍高于 149，如图 7c 所示。将改性后
海绵分别完全置于 80、90、100、110 和 120 ℃的鼓
风干燥箱中，24 h 后测其表面水接触角最低 152，
如图 7d 所示。改性后海绵长期处在高温热水和高温

空气后，水接触角没有明显下降。以上 4 种关于超
疏水稳定性的测试表明，改性后的海绵具有优异的 图 7 改性后的海绵完全浸于不同 pH（a）、油/有机溶剂
（b）、高温热水（c）、高温空气（d）中 24 h 后的
物理和化学稳定性，对于未来用于苛刻环境下油/水
水接触角
混合物的分离有重要的现实意义。尽管这种超疏水 Fig. 7 Water contact angles of the as-prepared sponge after
稳定性在一些报道中也具有同样的效果，如石墨烯海 being exposed to aqueous solutions with different
[12]
绵 、纤维素海绵 [13] 、三聚氰胺海绵 [14] 等，但本研究 pH values (a), various organic solvents (b), hot
water with different temperature (c), and an oven at
制备的超疏水海绵没有用到昂贵的试剂和原料，制 different temperature (d) for 24 h