全 文 ：第 32 卷 第 12 期
2013 年 12 月
实 验 室 研 究 与 探 索
ＲESEAＲCH AND EXPLOＲATION IN LABOＲATOＲY
Vol． 32 No． 12
Dec． 2013
·实验技术·
兰考泡桐叶疏水亲油性能及油性污染物的除去
李 红， 刘 兵， 徐万飞， 王云龙， 沈玉华， 谢安建
(安徽大学 化学化工学院，安徽 合肥 230601)
摘 要: 实验通过静态接触角( CA) 检测兰考泡桐叶片的疏水和亲油性能，验证其
作为吸油材料的可行性;通过扫描电镜( SEM) 和热重分析( TGA) 对其叶片的形貌
和组成进行表征，探讨吸附机理。结果表明，泡桐叶片反面疏水性能较好，其静态
水接触角为 131°。同时，叶片正反两面均具有超亲油性能，静态油接触角为 0°，可
以作为除油吸附材料;叶片的表面具有粗糙结构，呈树枝状毛刺。结果显示，经简
单干燥处理的兰考泡桐叶的饱和吸油量最高可达 10． 7 g /g。
关键词:兰考泡桐叶; 疏水亲油性; 吸附材料; 饱和吸油量
中图分类号:O 647． 5 文献标志码:A
文章编号:1006 － 7167(2013)12 － 0021 － 04
Hydrophobic and Oleophilic of Lankao Paulownia
Leaves and Ｒemoval of Oil Pollution
LI Hong， LIU Bing， XU Wan-fei， WANG Yun-long， SHEN Yu-hua， XIE An-jian
(School of Chemistry and Chemical Engineering，Anhui University，Hefei 230601，China)
Abstract:Nowadays，oil pollution is one of the most serious environmental pollution，since it brings harmful effects for
human survival． It is worldwild problem to be solved urgently． How to remove oil pollution and environmental
purification becomes a important problem，and becomes a research hotspot． Application of adsorption materials possesses
broad prospects，due to energy saving，environmental protection，efficiency and other advantages． In this paper Lankao
Paulownia which is widely distributed and rapid growth is considered as the research object． The hydrophobicity and
oleophilic of Lankao paulownia leaves are characterized by static contact water angle (CA)． Morphology and composition
are characterized by scanning electron microscopy (SEM)and thermogravimetric analysis (TGA)． The reverse side of
Lankao Paulownia leaves possesses the better hydrophobic performance，and static its contact water angle can reach
131°． Surface of leaves has roughness dendritic structure． Both sides of Lankao Paulownia leaves have super-oleophilic．
The highest saturated oil absorption of Lankao Paulownia leaf can reach 10． 7 g /g．
Key words:Lankao paulownia leaves;hydrophobic and oleophilic;adsorption material;saturated oil absorption
收稿日期:2013 － 04 － 08
基金项目:国家自然科学基金项目(21171001，21173001) ;安徽大
学清洁能源与环境催化创新实验室项目
作者简介:李 红(1993 －) ，女，安徽滁州人，本科生。E-mail:
ahdxlihong@ 163． com
通信作者:谢安建(1957 －) ，男，安徽贵池人，教授，博士生导师，主
要研究方向为分子有序膜的组装与应用以及纳米材料的仿生合成。
Tel．:0551-63861000;E-mail:anjx@ 163． com
0 引 言
随着化工工业和海洋石油开采技术的迅速发展，
来自船舶、工厂的油污水泄漏［1］，以及日常用油的随
意排放，使水面造成严重油污染。特别是污油漂到海
滩、岸边，使生物受害，严重破坏海洋水产资源，给人类
生存环境带来极为有害的影响［2-3］。水面油污染的处
理，目前主要有两种方式，即回收和消散。其中消散方
式主要有自然处理法、溢油分散法、沉淀法、生物复原
实 验 室 研 究 与 探 索 第 32 卷
法、海上燃烧等方法，而回收有围控和吸附材料法［4］。
利用吸附法进行油污染处理，具有适应范围广、处
理效果好、可回收有用物料以及吸附剂可重复使用等
优点，因此随着现有吸附剂性能的不断完善以及新型
吸附剂的研制成功，吸附法在水处理中的应用前景将
更加广阔［5-7］。目前对吸附材料的研究主要有活性炭、
吸附树脂、改性淀粉类吸附剂、改性纤维素类吸附剂、
改性壳聚糖类吸附剂以及二氧化硅等的无机吸附
剂［8-10］。
有机型吸附材料因其具有吸油速率快、吸附能力
强、吸附选择性好、化学性质稳定等优点而被广泛关注
和研究［11-12］。例如利用竹炭纤维、玉米秸秆、花生壳、
稻叶、麦秸秆等材料［13-15］进行改性研究，合成有机复
合型吸附材料。本文直接利用天然植物叶片进行除油
实验，通过其饱和吸油量随处理叶片温度变化的规律，
找到叶片的最佳处理温度，并且首次进行除油材料的
疏水性能的研究，探讨其作为处理水表面油污染吸附
剂的可行性。寻求一种简单快捷的除油方式，具有普
遍性和可操作性，而且实验中的天然植物吸附材料具
有来源广、成本低、制作工艺简单的特点，并且因其易
分解不会造成二次污染的优点。
1 材料及方法
1． 1 原料及试剂
兰考泡桐叶片(成熟叶片，取自安徽大学园林) ，
机油(工业级，中国石油化工股份有限公司) ，无水乙
醇(分析纯，中国上海振兴化工厂) ，二次蒸馏水(石英
双重蒸馏器制取)。
1． 2 样品制备及相关测试
将采集的新鲜兰考泡桐叶片用干净的剪刀剪碎，
然后用二次水清洗 3 次，再用无水乙醇洗涤 3 次，除去
表面不溶性物质。然后将叶片置于 60 ℃烘箱中干燥
48 h 后，分别采用 S-4800 型扫描电子显微镜(日本
Hitachi公司) ，在加速电压 5 kV 条件下对兰考泡桐叶
片正反面形貌进行分析;KＲUSS(德国)视频光学接触
角测量仪对兰考泡桐叶片正反面亲油疏水性能进行测
试，并进行正反面接触角的比较。最后利用球磨机
(QM-3SP04)磨成粉末保存。
称取粉末试样 80 mg，在氮气保护下采用
PYＲISITGA热重分析仪(PerkinElmer公司) ，将温度从
60 ℃升温至 1 000 ℃，在升温速率为 20 ℃ /min 的条
件下对兰考泡桐叶片进行热重分析。
1． 3 饱和吸油量测定
称取 4 ～ 5 g 兰考泡桐叶粉末，记为 m0，分别放入
60、100、120、140、150、160、180、200 ℃温度下烘箱中
烘干至恒重。采用机油作为目标油脂，在表面皿中倒
入 50 ml机油，将不锈钢网(250 目)制作成 25 cm2 的
长方形凹槽模型，植物粉末均匀撒在凹槽模型内，然后
放入表面皿中使叶粉完全沉浸于油相中。浸泡 4 h 后
取出，静置至 10 min 内无油滴下落即可。平行试验 3
次，取其平均值作为饱和吸油量。饱和吸油量可由下
式计算:
w =
m － m0
m0
式中:w为饱和吸油量(g /g) ;m 为样品吸油后的质量
(g) ;m0 为样品质量(g)。
2 实验结果与讨论
2． 1 叶片形貌分析
图 1(a)、(c)分别为泡桐叶片反面和正面的 SEM
图像。从图 1(a)可知，泡桐叶反面具有大量树枝状毛
刺结构［16］，与荷叶表面的乳突状结构类似。图 1(b)
是图 1(a)的局部放大图，可以清楚地看到树枝状毛刺
的直径约 10 μm，毛刺的平均长度 70 μm，多分支结构
的树枝状毛刺在叶片反面均匀分布，增加了泡桐叶表
面的粗糙度。这种结构为泡桐叶的疏水性能创造了很
好的条件。泡桐叶正面(图 1(c)、(d) )具有沟壑状突
起结构且分布较为均匀，其微凸体长度约 10 ～ 30 μm。
这种微纳米结构使其表面粗糙，对疏水性起着至关重
要的作用。
图 1 泡桐叶片反(a，b)、正(c，d)面的 SEM图像
2． 2 叶片表面的疏水性能和亲油性能
图 2 是将水滴在泡桐叶片表面时，用数码相机和
静态接触角测试仪所拍摄的图片。从实物图(图 2
(a) ，(c) )可以看到，水滴在叶片正反面都呈现类球
形，可以自由滚动，具有良好疏水性。(图 2(b) ，(d) )
反面静态水接触角为 131°，优于正面的 110°静态水接
触角，说明叶片反面的疏水性大于正面。叶片反面的
粗糙度大于正面，疏水植物表面的粗糙度会降低其润
湿性，与相同组成的光滑表面相比，水滴的接触角更
大。图 3 是将机油滴于兰考泡桐叶反面时，由静态接
触仪拍摄的动态图片。可以观察到机油与兰考泡桐叶
反面接触之后，迅速渗入叶片反面的中空三维结构。
机油与泡桐叶反面的接触角为 0°，说明兰考泡桐叶反
22
第 12 期 李 红，等:兰考泡桐叶疏水亲油性能及油性污染物的除去
面具有超亲油性能。实验结果表明，其正面也具有超
亲油性能。由上可知，兰考泡桐叶片兼具有超亲油性
能以及良好的疏水性能，因此可作为处理水面油污染
的吸附材料，具有巨大的潜在应用价值。
图 2 水滴于叶片正(a，b)反(c，d)两面的实物图
以及静态接触角对比图
图 3 机油滴于兰考泡桐叶反面动态示意图
2． 3 叶片的热重分析(TGA)和饱和吸油量
为了解兰考泡桐叶干燥的最佳温度，测试了其
TGA曲线，如图 4(a)所示。由图可知，泡桐叶片中结
晶水含量为 3． 5%;当温度为 145 ℃时，泡桐叶中有机
物开始分解;至 327 ℃时，失重速率达到最大。此时有
机物分解速率也达到最大。因此，为避免有机物的大
量分解，将处理温度定在 200 ℃之内。图 4(b)表明兰
考泡桐叶片饱和吸油量与干燥温度之间存在一定的关
系。在 200 ℃范围内，叶片的饱和吸油量先增大后减
小，在 140 ℃时达到最大值 10． 7 g /g，相比 60 ℃时的
饱和吸油量 5． 6 g /g 提高了 90%。而 140 ℃之后，其
饱和吸油量逐渐减小，与其有机物分解有关，其亲油性
能显著降低。实验结果表明，在 200 ℃范围内 140 ℃
是兰考泡桐叶片干燥的最佳温度。
3 结 语
研究了兰考泡桐叶的表面性质，发现其同时具备
超亲油和良好的疏水性能，这与叶片表面的类荷叶突
起造成的粗糙度和中空三维网状结构有关。兰考泡桐
叶的饱和吸油量随叶片干燥温度而变化，当叶片处理
温度为 140 ℃，具有最高的吸油性能。泡桐叶片的这
种亲油疏水性能对处理水面的油污染有极其重要的作
用。泡桐叶是废物再利用的生物除油材料，既可以净
化环境，又可以充分利用资源，因此在处理环境污染方
面具有广阔的应用前景。
(a)
(b)
图 4 (a)兰考泡桐叶的 TGA曲线; (b)饱和吸油量
随叶片不同干燥温度变化的曲线
参考文献(Ｒeferences):
［1］ Atlas Ｒ M，Bioremediation of petroleum pollutants［J］． Bioscience
Biotechnology and Biochemistry，1995，45(5) :317-327．
［2］ Olascoaga M J， Haller J． Forecasting sudden changes in
environmental pollution patterns ［J］． Proceedings of the National
Academy of Sciences of the United States of America，2012，109
(13) :4738-4743．
［3］ 何桂芳，袁国明，林 端． 海上油田开发对海洋环境的影响-以
涠洲油田为例［J］． 海洋环境科学，2009，28(2) :198-201．
［4］ Ji N Y，Chen H，Yu M M，et al． Synthesis of high oil-absorption
resins of poly (methyl methacrylate-butyl methacrylate ) by
suspended emulsion polymerization ［J］． Polymers for Advanced
Technologies，2011，22(12) :1898-1904．
［5］ Zhu Q，Pan Q M，Liu F T，Facile removal and collection of oils from
water surfaces through superhydrophobic and superoleophilic sponges
［J］． Joumal of Physical Chemistry C，2011，115(35) :17464-
17470．
［6］ Yuan X P，Mike Chung T C，Novel Solution to oil spill recovery:
using thermodegradable polyolefin oil superabsorbent polymer (Oil-
SAP) ［J］． Energy and Fuels，2012，26(8) :4896-4902．
［7］ Yu Q G，Tao Y L，Huang Y P，et al． Preparation of porous
polysulfone microspheres and their application in removal of oil from
water［J］． Industrial And Engineering Chemical Ｒesearch ，2012，
51(23) ，8117-8122．
［8］ Choi S J，Kwon T H，Hwon I，et al． A polydimethylsiloxane
(PDMS)sponge for the selective absorption of oil from water［J］．
ACS Symposium Series，2011，3(12) :4552-4556．
(下转第 47 页)
32
第 12 期 杨晓冬，等:电阻法测量水管漏水点实验研究
为上述测量所得的 Ｒ1 包含电阻丝电阻和盐桥电阻的
一半，盐桥电阻较大时，实验误差很大。
表 1 单端测量结果
漏水点位
置 / cm
电压
/V
电流
/mA
电阻值
Ｒ1 /Ω
漏水点位置测
量值 / cm
漏水点测量
值误差 / cm
50 5． 97 5． 9 505． 93 348． 92 298． 92
100 6． 00 2． 5 1 200． 00 827． 59 727． 59
120 5． 99 3． 0 998． 33 688． 50 568． 50
150 6． 00 2． 9 1 034． 48 713． 43 563． 43
2． 2 双端测量实验结果
图 5 为双端测量实验装置，装置所使用电阻丝、电
表、报警装置与图 3 与图 4 所示单端测量装置相同。
利用图 5 所示装置，实验测量漏水点在不同位置时，漏
水点距离水管左端点距离，测量结果如表 2 所示(l1 为
漏水点距离水管左端实际距离;l1 为漏水点到水管左
端点之间距离)。
图 5
表 2 漏水点为不同位置时，双端测量结果
l1 /
cm
左端测量 右端测量
U1 /V I1 /mA U1 /V I1 /mA
Ｒ1
/Ω
测量值
l1 / cm
Δl
/ cm
50 5． 93 9． 80 5． 87 3． 15 72． 86 50． 25 0． 25
100 5． 96 6． 90 5． 82 5． 50 134． 27 92． 60 － 7． 40
120 5． 96 4． 85 5． 94 7． 40 176． 00 121． 38 1． 38
150 5． 98 3． 40 5． 93 10． 0 218． 28 150． 54 0． 54
由表 2 可知，实验测得盐桥离左端的距离 l1 与实
际值 l1 很接近，误差在 8 cm以内，测量结果较为准确。
3 结 语
由实验结果可知，双端同时测量定位泄漏点实验，
可以消除盐桥电阻对测量结果的影响，测量结果误差
小，精确度高，且具有自动报警功能。测量过程中主要
误差来源可能是:当两端电压表与电流表测量不同步
时，泄漏点盐桥电阻随时间变化，引起的漏水点至电阻
丝端点的阻值测量不准确。
参考文献(Ｒeferences):
［1］ 张党英． 基于压电传感器供水管道泄漏检测及信号处理技术的
研究［D］． 秦皇岛:燕山大学，2010．
［2］ 王 娜，李 松． 基于 GSM /GPＲS 的自来水管监控系统设计
［J］． 韶关学院学报，2008，29(9) :36-39．
［3］ 凌振宝，潘志伟，穰 瑜，等． 城市自来水管道漏点检测仪的设
计［J］． 吉林大学学报，2005，23(3) :263-266．
［4］ 孙 宁，张颖超，叶小岭． 自来水生产网络化监控系统研究与
设计［J］． 机床与液压，2009，37(8) :292-293．
［5］ 李俊花，孙昭晨，崔 莉． 基于 BP 神经网络原理的长输管道泄
漏点定位及其实验研究［J］．工程力学，2010，27(8) :169-173．
［6］ 李俊花，刘文白，崔 莉，等．一种新的长输管道泄漏点定位方法
［J］．力学学报，2010，42(1) :127-131．
［7］ 张淑清，李二伟，靳世久，等． 基于光纤传感及小波分析的管道
泄漏检测与定位技术［J］．传感技术学报，2008，21(1) :192-194．
［8］ 孙 文，杭利军，胡曙阳，等． 偏振态对光纤传感系统检测泄漏
点灵敏度的影响［J］．光子学报，2008，37(4) :709-712．
［9］ 黄 静，薛 佳，吴矫俊，等． 远程抄表漏水点定位及故障诊断
模型的研究［J］． 仪表技术与传感器，2008，15(9) :102-104．
［10］ 袁晓彬，马 翔，王传宝，等． 示踪剂法测排水井漏水点位置
［J］． 仪表技术与传感器，2009，9(2) :102-104．
［11］ 潘小建，崔宏胜． 关于地下自来水管道泄漏点探测仪的研究
［J］． 科技信息，2010，14(2) :337-338．
［12］ 凌振宝，王 君，邱春玲． 网络化城市自来水管道漏水检测系
统设计［J］． 仪器仪表学报，2003，24(4) :115-116．
［13］ 凌振宝，王 君，邱春玲． 无须考虑电源接法和性质的三相电
压型整流器平均模型［J］． 西安交通大学学报，43(12) :81-100．
［14］ 李瀚荪． 电路分析基础［M］． 4 版． 北京:高等教育出版社，
2010:60-65．
［15］ 周 茜． 电路分析基础［M］． 2 版． 北京:电子工业出版社，
2010:
檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿
30-75．
(上接第 23 页)
［9］ Wu J，Wang N，Wang L，et al． Electrospun porous structure fibrous
film with high oil adsorption capacity［J］． ACS Symposium Series，
2012，4(6) :3207-3212．
［10］ Bi H CH，Xie X，Yin K B，et al． Spongy graphene as a highly effi
cient and recyclable sorbent for oils and organic solvents［J］．
Advances Functional Materials，2012，22(21) :1-5．
［11］ Shen L， Jaffel Ｒ， Interactions between dissolved petroleum
hydrocarbons and pure and humic acid-coated mineral surfaces in
artificial seawater ［J］． Marine Environment Ｒesearch，2000，49
(3) :217-231．
［12］ Ｒengasamy Ｒ S，Das D，Karan C P，Study of oil sorption behavior
of filled and structured fiber assemblies made from polypropylene，
kapok and milkweed fibers ［J］． Journal of Hazardous Materials，
2011，186(1) :526-532．
［13］ 黄胡阔，李范霞，高 源，等． 落叶松树皮改性制备生物质吸油
材料的研究［J］． 现代化工，2011，31(1) :275-278．
［14］ Suni S，Hautala M，Pasila A，et al． Use of a by-product of peat
excavation，cotton grass fibre as a sorbent for oil-spills［J］． Marine
Pollution Bulletin，2004，49(11) :916-921．
［15］ 朱超飞，赵雅兰． 改性玉米秸秆的制备及吸油性能的研究［J］．
环境科学学报，2012，32(10) :2428-2433．
［16］ 郭志光，刘维明． 仿生超疏水性表面的研究进展［J］． 化学进
展，2006，18(6) :721-726．
74