全 文 ：云南农业大学学报 Journal of Yunnan Agricultural University，2013，28 (5) :692 － 696 http:/ /xb. ynau. edu. cn
ISSN 1004 － 390X;CODEN YNDXAX E-mail:xb@ ynau. edu. cn
收稿日期:2013 － 03 － 04 修回日期:2013 － 05 － 20 网络出版时间:2013 － 08 － 08 15∶36
* 基金项目:国家自然科学基金项目 (21171001，21173001) ;国家级大学生创新创业训练计划项目
(cxcy2012032)。
作者简介:徐万飞 (1991 －) ，男，安徽宣城人，大学本科生，主要从事环境化学方面研究。
E-mail:tanxwf@ 163. com
＊＊通信作者Corresponding author:谢安建 (1957 －) ，男，安徽贵池人，教授，主要从事分子有序膜的组装与应用以
及纳米材料的仿生合成研究。E-mail:anjx@ 163. com
网络出版地址:http: / /www. cnki. net /kcms /detail /53. 1044. S. 20130808. 1536. 201305. 692_014. html
DOI:10. 3969 / j. issn. 1004 － 390X (n). 2013. 05. 014
苎麻叶的疏水亲油性能及在油污去除中的应用*
徐万飞，刘 兵，李 红，操 娟，刘 浏，沈玉华，谢安建＊＊
(安徽大学化学 化工学院，安徽 合肥 230601)
摘要:苎麻 (Boehmeria)是一种常见的多年生草本植物，其茎刮皮后可得到原麻，而叶子却无法得到有效利
用，从而造成很大程度的浪费。本文首次采用静态接触角测试 (CA)、扫描电子显微镜 (SEM)、傅里叶变换
红外分光光度计 (FTIＲ)等测试手段对样品的性能、形貌、结构、成分进行了表征和分析，研究发现苎麻叶
具有良好地吸油性能和保油性能，可吸收 6. 8 倍自身重量的机油，也具备一定的疏水性能。因此苎麻叶可作
为吸附剂除去油性污染，达到净化环境、保护环境的目的，其良好地保油性能可以防止吸附剂转移过程中油
污的泄漏，避免二次污染的发生。文章还对其亲油疏水机理进行了探讨，结果表明苎麻叶的亲油性能主要与
其表面的网状空心结构有关，疏水性能主要与其表面的粗糙结构有关，植物蜡似的有机物存在既有利于疏水
同时又有利于亲油。这为苎麻叶后期的开发和应用提供了可借鉴的经验。
关键词:苎麻叶;吸油性;保油性;疏水性;油污去除
中图分类号:X 55;X 712 文献标志码:A 文章编号:1004 － 390X (2013)05 － 0692 － 05
Lipophilic，Hydrophobic Properties and Application
in Oil Ｒemoval of Ｒamie
XU Wanfei，LIU Bing，LI Hong，CAO Juan，LIU Liu，SHEN Yuhua，XIE Anjian
(School of Chemistry and Chemical Engineering，Anhui University，Hefei 230601，China)
Abstract:Ｒamie (Boehmeria)is a common perennial herb． Ｒaw jute can be obtained by scraping off
the skin of ramie stem，while its leaves cannot be utilized effectively，which results in a large degree of
resource-wasting． In this study，the properties，morphologies，structure and components of ramie leav-
es were characterized by static contact angle (CA) ，scanning electronic microscope (SEM)and fou-
rier transform infrared spectrophotometer (FTIＲ)for the first time． The results indicated that the ramie
leaves had good hydrophobicity and lipophilic performances． The saturated absorption capacities of
ramie leaf could reach 6. 8 g /g． Therefore，ramie leaf can be used as adsorbent to remove oil pollution
to clean up and protect the environment． It possesses good oil keeping capacity and can prevent the oil
from leak and secondary pollution during the transfer of adsorbent． Meanwhile，we suggested a possible
mechanism to explain the hydrophobicity and lipophilic properties of the ramie leaf，which could pro-
vide some experience for later development and application． The lipophilic properties of ramie leaves
are mainly related to their mesh hollow structure，the hydrophobic properties are related to the surface
roughness． The presence of plant wax is contributed to both lipophilic and hydrophobic performance of
ramie leaves．
Key words:ramie leaf;lipophilic;drophobic;oil keeping capability;oil removal
近年来，海洋石油污染带来了巨大的生态
灾难，因而受到人们越来越多的重视［1 － 3］，各种
除油方法应运而生，有人合成了纳米 TiO2
［4］并应
用于催化降解海洋石油污染，有人选育出了优
良的可分解烃类有机物的微生物［5］，也有很多
人通过化学合成法合成出了很多吸油材料 (例
如:PAMAM树状大分子［6］、PSF 微球［7］、石墨
烯［8］)应用于油污处理。然而这些治理方法的
最大缺陷就是生产工艺复杂、运行成本较高。
而吸附法能通过选择来源广泛、价格低廉、以
及吸附性能良好的吸附剂，有效地去除水面上
的油类。因此，吸附法成为一种较为流行的油
污处理方法。
苎麻是一种常见的多年生草本植物，其茎刮
皮后可以得到原麻，而其叶一般都会被舍弃，造
成了资源浪费和环境污染。因此，将苎麻叶充分
利用，变废为宝，对于开发新型疏水亲油型材料
具有重要意义，同时苎麻叶良好的亲油性可用于
除去各种油污，从而起到降低环境污染程度、净
化环境的作用。本文首次利用多种测试手段对苎
麻叶的形貌、结构、成分和性能进行了表征和分
析，并同时探讨了苎麻亲油性能和疏水性能的机
理，为苎麻资源的综合利用开辟了一条新途径。
1 材料与方法
1. 1 材料
苎麻 (Boehmeria)叶采集自皖南山区，用去
离子水除去表面灰尘后再用去离子水冲洗 3 遍，
最后 70℃恒温干燥 72 h备用。
1. 2 苎麻叶形态观察
采用 S-4800 扫描电子显微镜 (日本 Hitachi
公司，加速电压 5kV)对苎麻叶片 (正反面形貌
进行观察。
1. 3 红外光谱分析
采用 NEXUS-870 傅立叶变换红外光谱仪 (美
国 Nicolet 公司)测定样品在 4 000 ～ 500 cm －1波
数范围的 FTIＲ光谱，样品采用 KBr压片法制备。
1. 4 亲油疏水性能测定
采用 DSA10-Mk2TIC 视频光学接触角测量仪
(德国 KＲUSS公司)对苎麻叶片正反面亲油、疏
水性能进行测试，将 5 μL 水滴 (或油滴)滴在
每个样品上的 5 个不同位置，取其接触角的平均
值作为水 (或机油)在该样品表面的静态接
触角。
1. 5 测定苎麻叶饱和吸油量
采用称重法测苎麻叶饱和吸油量，准确称取
一定质量的吸油材料 (m1，g)装入自制的 300
目不锈钢网 (m2，g) ，浸入盛有机油 (壳牌 灰
喜力 ULTＲA 0W-40)的烧杯中 (m3，g) ，在室
温下静置 4 h 使其充分吸油。然后，取出整个不
锈钢网悬于烧杯上方静置至 1 min 内无油滴滴下。
最后，分别称量盛有机油烧杯的质量 (m4，g)
和除去吸油苎麻后不锈钢网的质量 (m5，g)。平
行试验 3 次，取Ms 的平均值作为苎麻叶最终吸油
率。则苎麻吸油率可以通过公式 (1)计算:
Ms =［(m2 +m3) － (m4 +m5) ］/m1 =
(m2 +m3 －m4 －m5) /m1 (1)
1. 6 测定苎麻叶保油率
采用称重法测苎麻叶保油率，称取一定质量
的苎麻叶片 (m0，g)置于装有机油的烧杯中，
待其吸油达饱和后称苎麻叶质量 (m1，g)然后
快速转移到塑料离心管中，分别在1 000，2 000，
4 000，6 000，8 000，10 000 r /min 的转速下离
心，每次离心后称苎麻叶质量 (m2，g) ，则苎麻
叶保油率 Ks 可以利用公式 (2)计算:
Ks = (m2 －m0) / (m1 －m0) × 100% (2)
2 结果与分析
2. 1 形貌分析
图 1a，b分别为苎麻叶正反面的扫描电镜图
片，由图 1a可知苎麻叶正面呈乳突状，这种结构
与荷叶表面［9］非常相似。苎麻叶正面凹凸不平的
结构在一定程度上增加了表面的粗糙度［10 － 11］。但
从图 1a可知，相邻突起之间间隔距离较大且形成
容积较大的凹坑。这虽不利于其表面疏水程度的
改善，但对于增加苎麻叶正面亲油性能却非常有
利，因为凹坑部分可吸附并存储大量油类物质。
由图 1b可知苎麻叶反面是由纤维状物质无规缠绕
396第 5 期 徐万飞，等:苎麻叶的疏水亲油性能及在油污去除中的应用
而构成的网状空心结构，并且缠结的纤维丝之间
构成了大量细小空隙。该结构在一定程度上提升
了苎麻叶反面的粗糙度，同时，网状空心结构具
有大量空隙可以存储并固定油类物质。从而可推
测苎麻叶反面具有很强的吸油性能以及良好的疏
水性能。
2. 2 红外光谱分析
图 2 为苎麻叶 FTIＲ 谱图，图 2 中可以看到
3 373 cm －1波数处有一强而宽的吸收峰，为 O-H
的伸缩振动吸收峰，2 925 cm －1处为 C-H 键的不
对称伸缩振动，1 426，1 385 cm －1处为 － CH3 的
C-H弯曲振动，1 643 cm －1为 C = C 的 γ 吸收峰，
1 060 cm －1为 C-O 伸缩振动谱带，这些红外吸收
峰主要是由苎麻叶所含植物蜡［12］以及其他有机物
中的烃基所产生，植物蜡是一种以正构烷烃为主
并含少量醇、脂肪酸和 n －烷基酯的物质。因此
植物蜡主要是由非极性基团构成，这与以烷烃为
主要成分的油类物质 (机油、柴油等)具有很好
的相似相溶性。从而可以推测苎麻叶具有良好的
亲油以及疏水性能。
2. 3 亲油疏水性能测试
样品用接触角测试仪分别测试其叶片正反面
滴机油和水后的静态接触角 (测试结果如图 3 所
示)。图 3a，c分别为为苎麻叶正反面滴水后的光
学图片，可以看出水滴为椭球形，说明其具有疏
水性能。图 3b，d 为苎麻叶正反两面静态水接触
角测试图。由图 3 可知，苎麻叶反面的静态水接
触角达到了 129. 8°，而正面接触角只有 119. 3°，
所以苎麻叶反面的疏水性能优于正面。
496 云南农业大学学报 第 28 卷
图 4 是对苎麻叶正 (a，c)反 (d，f)面的
亲油性能动态测试的光学图片。由图 4a ～ c 可知，
苎麻叶正面吸完油后油滴静态接触角为 19. 2°，说
明苎麻叶正面具有良好地亲油性能。而由图 4d ～ f
可知，苎麻叶反面在吸油后静态油接触角几乎为
0°，这表明苎麻叶反面具有更佳的超亲油性能，
优于正面。因此，苎麻叶片正反两面都具有很好
的亲油性能。
2. 4 吸油性能试验
由表 1 可知苎麻叶平均可吸收 6. 8 倍自身重
量的机油，比一般植物吸油能力强很多。人工改
性得到的吸油材料［13 － 15］可吸收 10 ～ 20 倍自身重
量的油，人工合成的树脂材料［16］吸油倍数更可达
20 多倍，与这些材料相比，苎麻的吸油能力存在
一定差距。然而苎麻叶作为吸油材料的成本却远
远低于改性材料和合成材料，且苎麻叶绿色环保，
容易进行回收与生物降解，不会对环境造成污染，
因而具有很大应用前景。
表 1 苎麻叶吸油率 (Ms)测试
Tab. 1 Oil absorption rate (Ms)of ramie leaves
序号 No. m1 /g m2 /g m3 /g m4 /g m5 /g Ms /(g·g －1)
1 1. 244 4 1. 586 0 182. 721 1 109. 891 4 66. 729 0 6. 177 0
2 1. 451 3 1. 587 1 181. 721 0 108. 941 2 64. 203 4 7. 003 0
3 1. 650 8 1. 616 3 182. 148 7 107. 945 2 63. 859 6 7. 245 1
Ms /(g·g －1) 6. 808 4
2. 5 离心保油率实验
图 5 为苎麻叶离心保油率随离心速度变化图，
苎麻叶在 2 000 r /min 的转速下保油率可维持在
100%，6 000 r /min转速范围内，保油率仍可维持
在 85%以上。这说明苎麻叶内部与机油之间存在
着很强的相互作用，使得油被包裹在苎麻叶内部，
因而苎麻叶具有良好地保油性能。这使得苎麻叶
在油污处理后的转移过程中不会因外力作用而泄
漏，造成二次污染。
3 讨论
近些年来，环境污染尤其是海洋油性污
染［1 － 3］越来越受到人们广泛的重视，各种除油方
法［4 － 8］也应运而生。但主要方法还是利用人工合
成的吸油材料除去油污，利用废弃的植物［17］除去
油污却鲜有报道，即使是在国外也不多见，且研
究重点大多偏向于植物材料的亲油性能，疏水性
能却少有人研究，对同一材料正反面亲油疏水性
能的研究更是未曾报道。本文以农村地区常见的
苎麻叶为研究对象，通过实物滴水 (油)测试、
接触角测试发现苎麻叶正反面都具有很强的吸油
性能，还兼有良好的疏水性能。由扫描电镜图片
可知亲油性能主要由其网状空心结构决定，疏水
性能与表面粗糙度［10 － 11］有关，同时叶片表面的蜡
质［12］有机物既有利于疏水，也有利于亲油。苎麻
叶的这种性质可以用于除去油性污染，且吸油后
的苎麻会漂浮于水面，便于回收。其特殊的结构
对于合成具有超疏水超亲油性能的人工吸附材料
具有很好的借鉴作用，同时这种研究方法也可以
很好的应用于其它植物亲油疏水性能的研究。
吸油量测试表明苎麻叶可平均吸收 6. 8 倍自
身重量的机油，比一般植物的吸油能力强很多。
尽管它的吸油能力与人工合成材料［13 － 16］ 10 ～ 20
倍甚至更多的吸油量存在较大差异，但其价格低
596第 5 期 徐万飞，等:苎麻叶的疏水亲油性能及在油污去除中的应用
廉，加工工艺简单，且自身可以生物降解，不会
造成环境污染，其自身良好地保油性能也可很好
地避免吸油后处理过程中的二次污染，同时其本
身也是一种废弃资源，因此用于油污祛除，既能
解决环境污染问题，又能使废弃资源得到充分利
用，是一种经济适用的油污吸附剂。对于其吸油
性能的提高，可以进行进一步的改性研究，采用
长烷基链分子［18］对苎麻叶进行化学改性，即可得
到高吸油性能的苎麻叶。
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