CN103061117B

CN103061117B - 一种木棉纤维吸油材料

Info

Publication number: CN103061117B
Application number: CN201110320904.9A
Authority: CN
Inventors: 王爱勤; 王锦涛; 康玉茹
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN103061117A

Abstract

本发明公开了一种木棉纤维吸油材料。通过将木棉纤维进行酰化处理，然后过滤、洗涤、烘干，得到木棉纤维吸油材料。木棉纤维来源广泛，成本低廉，用其制备的吸油材料其吸油能力达40-80倍，达到吸油平衡的时间在30分钟。由于吸油后仍浮在水面上，可广泛用于海面、河流和湖泊水面油污染的大规模处理。

Description

一种木棉纤维吸油材料

技术领域

本发明涉及一种木棉纤维吸油材料。

背景技术

近年来，在石油的开采、精炼和油品的运输、转移及其使用过程中，原油和成品油泄漏事件频繁发生，对水环境的污染越来越严重，开发高效吸油材料一直是人们关注的热点。吸油材料通常可以分为无机材料、有机合成材料和天然高分子材料。无机材料如活性炭、膨胀石墨、泥炭、二氧化硅、有机化改性粘土等，因其吸油率低，吸油后回收困难，目前已经较少使用；有机合成材料有聚丙烯、聚氨酯泡沫、丙烯酸酯类和烯烃类吸油树脂等，它们具有良好的亲油性和吸油效率，但其昂贵的成本和难降解性导致其应用受到限制；天然高分子材料如亚麻、棉花、乳草、稻草和羊毛等多孔性物质，因吸油率高，来源广泛、价格较低、比较安全。所以，近年来，天然高分子吸油材料的研究逐渐成为焦点。

天然高分子类吸油剂中，由于纤维类吸油材料具有廉价、易得、可生物降解等优点，近年来的研究开发最多。对于天然吸油纤维，其吸油作用主要通过纤维表面吸附，所以纤维特性对其吸油性能有较大影响。纤维素中羟基多，有很好的亲水性，从而减弱了其吸油能力，也影响了其对油的保持能力，当在油水中长时间放置时，所吸着的油易被水所置换而析出。所以，目前国内这方面的报道主要集中在将亲水性纤维处理成亲油疏水的吸油纤维。中国专利CN1171655C报道了一种纤维吸油剂的制备方法，它是将秸秆置于反应器中，按照质量比1∶1.5～2.0加入乙酸酐，在100～135℃下反应为2～5小时，然后将反应物分离即得到产品。但该发明制备的吸油剂每公斤吸附原油、机器油、食用油重量只有20～30公斤，还存在吸附容量不高和吸附速率不快等不足。

发明内容

本发明的目的就是利用木棉纤维的特殊优势，经进一步处理后提供一种吸油容量大、吸油速率快、生物降解性好以及能够再生利用的天然吸油材料。

木棉为木棉科木棉属的植物，原产地为中国、越南、缅甸、印度等地。木棉纤维具有独特的薄壁大中空的形态结构，主要化学组成为纤维素、木质素、木聚糖，纤维表层覆盖有亲油-疏水蜡质，具有优良的拒水吸油性能。因此，利用木棉纤维可开发高吸油率和吸油速率的环保型吸油材料。

一种木棉纤维吸油材料，其特征在于材料通过下列方法来制备：

将木棉纤维置于反应器中，加入浓度为10wt％-50wt％的酸酐，在反应介质的存在下，在50-140℃下酰化反应1-4小时，反应结束后分离产物，用有机溶剂洗涤后再烘干至恒重，得到木棉纤维吸材料。

木棉纤维为单细胞纤维素纤维，胞壁含有64％的纤维素、13％的木质素、8.6％的水分、1.4％-3.5％的灰分、4.7％-9.7％的水溶性物质和2.3％-2.5％的木聚糖以及0.8％的蜡质。这种天然纤维具有独特的薄壁大中空的形态结构，中空率可高达87％，纵向表面有微小凸痕，单纤维密度小，具有优良的拒水吸油性能。通过简单处理可进一步除去水溶性物质，进而再酰化处理可有利于对油的“诱捕”。

本发明所述的木棉纤维采用原生态的自然长度，或者通过剪切控制在5-10cm，或者通过浓度为0.25wt-3wt％的盐酸处理后的产物。

本发明所述的酸酐选择乙酸酐、丁酸酐、己酸酐以及苯甲酸酐中的一种或两种。酰化反应可进一步增强木棉纤维表面的疏水性，所带的基团有利于对油的“诱捕”。

本发明所述的反应介质选自丙酮、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、吡啶以及甲苯中的一种或两种。在反应介质中进行酰化反应，一方面不破坏木棉纤维表面本身的蜡质层，另一方面有利于酰化反应的进行。

本发明所述的有机溶剂为乙醇或异丙醇。

本发明所述的木棉纤维吸油材料的吸油能力达40-80倍，达到吸油平衡的时间在30分钟，经加压处理和溶剂萃取后可反复使用。产品可以直接洒于海面、河流和湖泊水面的油上，然后用拖网进行收集，也可以装入一般纤维袋中，抛洒于海面、河流和湖泊水面的油上，然后用拖网进行收集。

本发明的产品具有以下优点：①采用可再生天然资源木棉作为吸油材料，处理方法简单，成本低廉，具有可生物降解性，属于环境友好型吸油材料；②采用本发明制备的吸油材料密度小，质量轻，吸油后仍浮在水面上，便于收集和进一步处理；③本发明制备的吸油材料吸油速度快，能在1分钟内吸附最大饱和吸附量90％以上的油，可有效防止泄露油的扩散；④本发明制备的吸油材料吸油量高，对于原油、柴油和汽油的吸油能力达40-80倍；⑤本发明制备的吸油材料在吸附油后，可经过简单的挤压回收吸收油，再经适度溶剂洗涤能反复使用多次，废弃深埋后可自然降解，不造成二次污染。

附图说明

图1为采用乙酸酐酰化后木棉纤维随反应温度对氯仿、甲苯和环己烷的吸附曲线。

图2为采用乙酸酐酰化后木棉纤维随反应温度和反应时间对氯仿、甲苯和环己烷的吸附曲线。

具体的实施方式

实施例1：

将原木棉纤维置于反应器中，在木棉纤维∶乙醇比为1∶50时，加入乙醇质量分数为15％的乙酸酐，在80℃时反应2h后分离产物，用乙醇洗涤2次，在80℃下烘干至恒重，即得木棉纤维吸油剂。本实施例中的产品吸氯仿75g/g，吸甲苯45g/g，吸正己烷42g/g。

实施例2

将原木棉纤维置于反应器中，用木棉纤维质量分数为0.3％的盐酸在60℃处理1h后分离产物。将分离产物烘干后置于反应器中，在木棉纤维∶乙醇比为1∶50时，加入乙醇质量分数为15％的乙酸酐，在80℃时反应2h后分离产物，用乙醇洗涤2次，在80℃下烘干至恒重，即得木棉纤维吸油剂。本实施例中的产品吸氯仿83g/g，吸甲苯48g/g，吸正己烷45g/g。

实施例3

将原木棉纤维置于反应器中，在木棉纤维∶异丙醇比为1∶75时，加入异丙醇质量分数为25％的丁酸酐，在100℃时反应1h后分离产物，用异丙醇洗涤2次，在80℃下烘干至恒重，即得木棉纤维吸油剂。本实施例中的产品吸氯仿78g/g，吸甲苯46g/g，吸正己烷42g/g。

实施例4

将剪切长度为5-6cm的木棉纤维置于反应器中，在木棉纤维∶异丙醇比为1∶75时，加入异丙醇质量分数为10％的乙酸酐和15％的丁酸酐，在100℃时反应1h后分离产物，用异丙醇洗涤2次，在80℃下烘干至恒重，即得木棉纤维吸油剂。本实施例中的产品吸氯仿81g/g，吸甲苯48g/g，吸正己烷43g/g。

实施例5

将原木棉纤维置于反应器中，用木棉纤维质量分数为0.3％的盐酸在60℃处理1h后分离产物。将分离产物烘干剪切长度为5-6cm的木棉纤维置于反应器中，在木棉纤维∶异丙醇∶吡啶比为1∶45∶30时，加入异丙醇和吡啶质量分数为10％的乙酸酐和20％的苯甲酸酐，在110℃时反应1h后分离产物，用异丙醇洗涤2次，在80℃下烘干至恒重，即得木棉纤维吸油剂。本实施例中的产品吸氯仿85g/g，吸甲苯50g/g，吸正己烷46g/g。

Claims

1.一种木棉纤维吸油材料，其特征在于材料通过下列方法来制备：

将木棉纤维置于反应器中，加入浓度为10wt％-50wt％的酸酐，在反应介质的存在下，在50-140℃下酰化反应1-4小时，反应结束后分离产物，用有机溶剂洗涤后再烘干至恒重，得到木棉纤维吸油材料；所述木棉纤维采用通过浓度为0.25wt-3wt％的盐酸在60℃处理1h后的产物。

2.如权利要求1所述的材料，其特征在于酸酐选择乙酸酐、丁酸酐、己酸酐以及苯甲酸酐中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的材料，其特征在于反应介质选自丙酮、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、吡啶以及甲苯中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的材料，其特征在于有机溶剂为乙醇或异丙醇。