2.2 孔结构分析

为了比较掺入不同表面活性剂试样的孔形貌差异，对其进行了 SEM 测试。由于同一种表面活性剂在形貌上区别不显著，选取了一部分试样进行分析，如图5所示。试样K1(见图5a)呈现出弹坑状的闭孔，孔径小且均匀。试样M2(见图5b)的内部形成了大小均匀的孔，与试样K1相比，出现大量通孔。试样S1(见图5c)的闭孔数量较多，孔大小均匀，但地聚物质地较为疏松。C4(见图5d)试样主要为闭孔，仅有少量通孔，而T5(见图5e)试样则主要为大的通孔，孔壁上散布着大量小孔。A4(见图5f)试样孔结构兼具通孔和闭孔形态，其中通孔数量相对较多。经对比，不同表面活性剂对多孔地聚物孔形貌的影响不同：阴离子表面活性剂(Meap-k/SDS)通过与 K+ 的电荷吸引作用，减少分子间的紧密结合，从而增加孔隙的通透性；但表面活性剂浓度过高时可能阻碍气泡生成和长大，因此掺入 SDS 的试样形成较多闭孔；阳离子表面活性剂(CTAB)通过电荷作用促使地聚物颗粒凝聚，导致孔隙聚集或增大，同时局部交联密度的增加导致更易形成闭孔结构；非离子表面活性剂(APG/Tween-80)通过调节疏水-亲水平衡控制孔形态，具体结构受基团比例与浓度调控。

Fig.5 不同表面活性剂下多孔地聚物的SEM照片 (a) K1; (b) M2; (c) S1; (d) C4; (e) T5; (f) A4

为了探究多孔地聚物孔径分布和不同类型表面活性剂之间的关系，对孔径进行统计，结果如图6所示。K1试样内部孔径最小，主要集中在20~90 μm区间内。掺入 Meap-k 的试样(M1-M5)的孔径分布相对集中于50~700 μm范围内，少数孔径大于700 μm，且随着Meap-k添加量的增加，试样的平均孔径呈增加趋势。S1-S5试样孔径分布相对均匀，S4的分布范围较大，最大孔径可达到850 μm。掺入CTAB/Tween-80的试样多数孔径达到毫米级水平，其中C3试样最大孔径接近4 mm。添加 APG 表面活性剂的试样整体孔径小于添加其他表面活性剂的试样，主要分布在50~200 μm区间内，当添加量为0.5%时，孔径最小，平均孔径可降至141.5 μm。多孔地聚物试样孔径分布的差异可以根据表面张力和浆料体积膨胀率来解释，研究发现大孔径的试样表面张力低，膨胀率较高，而小孔径的样品表面张力相对较高，而膨胀率相对较低。这可能是因为表面张力低时，气泡的生成和生长速度通常较快。气体更容易进入液体，并在气泡内部积聚，导致气泡迅速变大。因为气泡膜较薄，气泡更容易膨胀并形成较大的孔径，在表面活性剂的作用下，大孔径气泡可以在浆料中稳定存在。

Fig.6 不同表面活性剂下多孔地聚物的孔径分布

通过对试样孔形貌和粒径分布的观察，发现表面活性剂的种类和添加量对多孔地聚物孔结构有显著影响。

多孔地聚物的过滤性能取决于孔隙率(总孔隙体积)与通孔率(连通孔道占比)的协同作用，高通孔率通过构建低迂曲度通道提升过滤通量，而适度孔径分布可实现筛分截留与高通量的平衡。需注意闭孔虽能提升表观孔隙率却会阻碍传质，优化表面活性剂的类型和添加量以提升通孔率并调控孔径，是平衡过滤通量与截留精度的关键。为此本研究测试了表面活性剂种类和添加量对多孔地聚物孔隙率和通孔率的影响，结果如图7所示。

K1试样的孔隙率和通孔率最低，分别为25.1%和9.4%。随着表面活性剂的加入，试样的孔隙率和通孔率显著提升。在这些样品组中，Meap-k 系最优，M2孔隙率和通孔率达83.8%和71.4%。APG 系总孔隙率大于70%，通孔率在60%左右。其中，A4试样通孔率最高，为67.4%。其次是 Tween-80 和 SDS, Tween-80 的总孔隙率较高，T3总孔隙率最高接近90%，而通孔率随添加量的增大呈下降趋势，通孔率最高为53.1%；SDS 的总孔隙率最大值为79.3%，通孔率相差较小，通孔率平均值为44.3%。CTAB 的孔隙率和通孔率测试结果偏低，孔隙率在64.3%~71.5%之间，通孔率在40%~50%范围内。

Fig.7 不同表面活性剂下多孔地聚物的孔隙率与通孔率

根据孔隙率和通孔率的评估结果，几种表面活性剂的性能优劣顺序依次为 Meap-k, APG, Tween-80, SDS 和 CTAB。