CN104624162A - 一种以棕纤维为基质改性制备吸油材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以棕纤维为基质经疏水改性制备吸油材料的方法；将清洗、烘干、剪断成0.5～5cm的棕纤维，放入疏水剂溶液中，在25～100℃浸渍10～120min后，取出含有疏水剂的棕纤维进行快速干燥，得到改性吸油材料；疏水剂为石蜡、棕榈蜡中的一种或者两种的混合物，疏水剂加入的质量是棕纤维的0.01～0.2倍；溶剂为四氯化碳、乙酸乙酯、乙醇、苯中的一种或者几种的混合物，溶剂加入的质量是疏水剂质量的20～800倍；本发明利用价廉、易得的天然植物纤维-棕为原料，通过简单的疏水改性方法制备吸油材料，与化学合成吸油材料相比，成本低，且可生物降解，吸油性能优良。

Description

一种以棕纤维为基质改性制备吸油材料的方法

技术领域

本发明属于环境保护中水体溢油污染处理以及新材料应用领域。公开了一种以棕纤维为基质，采用疏水剂浸渍改性制备吸油材料的方法。

背景技术

近年来，随着世界工业的蓬勃发展，石油及其产品在开采、炼制、贮运和使用过程中因各种事故原因进入海洋、江河湖泊等水体环境会造成水体的严重污染，对生态环境和人们的生活构成的威胁已不容忽视。这些溢油形成油膜覆盖在水面上，不但浪费了珍贵的石油资源，还会阻隔水气交换的过程，影响到生物链循环，破坏水体的生态平衡，对水体生物造成严重的危害。若不及时处理，会对我们的生态环境以及人类健康带来重大的危害。

目前处理溢油多用吸附法。采用的吸附剂主要有化学合成、天然无机、天然有机三大类。其中化学合成吸油材料主要有聚丙烯纤维、聚氨脂泡沫和烷基乙烯聚合物，也是目前使用最广的吸油材料，其在国外的市场销售量中所占的份额最大。具有是良好亲油疏水性、吸油速度快，吸油倍率较高，缺点是受压仍会漏油，难以生物降解；天然无机吸油材料包括活性炭、沸石、粘土、珍珠岩、蛭石、石墨和硅凝胶等，这类吸油材料吸油能力低、油水选择性差、可浮性差、难以处置。天然有机吸油材料包括麦杆、稻草、灯心草、棕、麻、稻壳、棉纤维、树皮和泥炭沼等，价廉、易得、安全、可生物降解性、吸油速度快，但是油水选择性差、吸油能力低。

目前，国内外对吸油材料研究开发取得了许多的成果。日本专利JP7136645公开了一种将膨润土或沸石与吸油剂或活性炭混合，制成天然无机吸油材料。美国专利US6030536公开了一种以二氧化钛粒子分散泄露油污的方法。美国专利US4563407先用有机溶剂使交联的含氟乙烯基苯的共聚物溶胀，然后用醋酸催化进行交联反应制的合成吸油树脂。美国专利US5352780、US5114593、US4969774、US4959154、US3902998、US3617564分别公开了利用未改性的天然材质包括纤维素碎片、绞碎的水生莲花纤维、谷类发泡制品、木屑、米糠以及玉米穗作为天然有机吸油材料对水上以及陆上溢油进行吸附处理。

国内也有许多单位对吸油材料的制备进行了研究，清华大学、大连理工大学、浙江大学、天津工业大学等对于合成高吸油树脂吸油材料进行研究，也申请了专利：CN102702563A、CN102561032A、CN1324876A、CN10256103、CN1324876A、CN1884322A以及CN1442438A，都是利用悬浮聚合或乳液聚合来制成高吸油树脂。如CN1442438A公开了以丙烯酸酯为单体，通过自由基悬浮聚合制备的高吸油树脂，吸油倍率，汽油，柴油大于10g/g,芳烃类大于20g/g，卤代烃类大于30g/g，最大吸附倍率为37g/g。CN101244379A公开了一种以泥炭为原料来制成天然无机吸油材料的方法。CN1792834A公开了一种利用天然羽绒进行加工制成吸油材料。CN102350310A公开了一种利用玉米秸秆在200℃-300℃炭化1-3小时制备吸油材料的方法。CN101565487A公开了利用纯纤维素与丙烯酸烷基酯节枝共聚制备吸油材料的方法。

CN10183108A公开了一种可生物降解的吸油材料的制备方法，利用纤维基材与淀粉混合物先经10-80%浓度的氢氧化钠溶液处理，再与丙烯酸脂在微波条件下节枝共聚改性制备吸油材料。CN102872811A公开了一种改性农业秸秆制备水体溢油吸附剂制备方法，利用氢氧化钠溶液和纤维素酶处理改性。CN103145921A公开了以加拿大一枝黄花为原料经碱-乙醇处理-甲基丙烯酸脂类节枝共聚改性制备吸油剂的方法。CN101565488A公开了一种纤维素基吸油材料的制备方法，将植物纤维素20倍的18%氢氧化钠溶液处理然后与甲基丙烯酸丁脂节枝共聚改性处理得到吸油材料。CN102344531A公开了一种秸秆为基材吸油材料的制备方法，该方法是将秸秆用质量比（秸秆与氢氧化钠溶液质量）为1:3的10%-20w%的氢氧化钠溶液，80-90℃搅拌处理1-3h后，过滤，水洗至中性并压榨后得到的秸秆粉末后，加入聚乙烯醇水溶液中，在氮气保护下搅拌升温，加入引发剂、反应单体及交联剂得到纤维素基与秸秆基吸油材料。CN102604134A公开了一种纤维素基吸水吸油薄膜的制备方法，它是将木质纤维素先经乙二胺水溶液处理，再经氢氧化钠-尿素溶液处理，再与N，N-亚甲基双丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲脂反应，经刮膜制备吸油薄膜。CN102603978A公开了一种方法与CN102604134A相似，只是没有形成薄膜。

CN101394926A公开了一种疏水的吸油材料及其生产方法及用途，将白垩与棕榈酸、油酸等进行疏水改性应用于从水中吸附分离油。CN1101927A公开了一种吸油材料，是棉绒与热熔性纤维等制成的多孔性材料浸渍脂肪酸聚合树脂和氧化石蜡等疏水剂而制备成的吸油材料。

天然有机吸油材料具有丰富的多孔结构、低价、易得、安全且可生物降解，缺点是饱和吸油能力相对低、油水选择性差。因此采用天然有机材料作为吸油材料必须经过改性以提高其疏水亲油性能。

发明内容

本发明的目的是选择一种具有丰富孔道结构的棕纤维为基质，采用疏水剂浸渍改性制备吸油材料。

本发明的优点，其一：以价廉、易得的棕纤维材料为基质，由于棕纤维属于天然纤维，其廉价、易得，具有丰富的孔结构、大的比表面积以及吸附性能良好等优良的吸油性能。其二：利用利用浸渍疏水剂这种物理改性方法对棕纤维进行亲油疏水改性操作简单、成本低、无污染，避免酯化、醚化、接枝共聚等化学改性过程中的复杂工艺流程以及反应试剂的大量消耗，在成本和环境保护方面有竞争优势。

（一）本发明所述的一种以棕纤维为基质，采用疏水剂浸渍改性制备吸油材料，按下列步骤进行：

1.疏水剂溶液的制备：将一定量疏水剂放入一定量的溶剂中，控温在25～120℃范围加热溶解，即得一定浓度的疏水剂溶液。

2.产品的制备：将清洗、烘干、剪断成0.5～5cm的棕纤维5～10g，放入盛有一定量和浓度的疏水剂溶液的烧杯中，将烧杯放入25～100℃恒温水浴中加热浸渍处理10-120min，取出含有疏水剂的棕纤维置于微波炉中，在2～4min内进行快速干燥即得吸油材料。

其中：

步骤1中所述的疏水剂为石蜡、棕榈蜡中的一种或者两种混合物，其浓度控制在0.125%～5%，疏水剂加入的质量是棕纤维的0.01～0.2倍；

步骤1中所述的溶剂为四氯化碳、乙酸乙酯、乙醇、苯中的一种或者两种混合物，溶剂加入的质量是疏水剂的20～800倍。

（二）本发明所述的一种以棕纤维为基质，采用疏水剂浸渍改性制备吸油材料，其检测方法如下：

1.产品吸油倍率与吸水倍率的测试：

吸油倍率和吸水倍率Q是单位质量的吸油材料对特定油品或者水在给定时间内的吸收倍率。

将油品和清水分别装入500ml的干燥玻璃烧杯中。在25℃下将装有吸油材料的30目聚丙烯网做成的容器中放入盛有油品或者水的烧杯中，分别吸附一个小时后。用镊子取出容器，放入不锈钢筛网上沥干5min后称量，同时做空白试验，重复三次，取平均值。吸油倍率和吸水倍率计算公式如下：

Q=(m₃-m₂-m₁)/m₁

式中：Q-吸油倍率或吸水倍率（g/g）；m₁-干燥吸油材料的质量（g）；m₂-容器的质量（g）；m₃-吸油或吸水后材料和容器的质量（g）。

2.天然有机吸油材料持油率的测定：

试样经吸油试验后称重，放人装有300m1水的500ml烧杯中，然后振动10min后，取出试样沥干5min后，移走试样。此时，烧杯中含有水以及试样在震荡过程中被冲出来的油。将烧杯中的油水混合物一并倒入分液漏斗中，静置分层，放出分液漏斗中的下层水，称量得到冲出的油的质量。进而知道振荡后试样中的含油量。具体计算公式是：

$H=\frac{m_3-m_2-m_1-m_4}{m_3-m_2-m_1}\×100\%$

H:持油率，%；m₁-干燥吸油材料的重量（g）；m₂-容器的质量（g）；m₃-吸油后材料和容器的质量（g）；m₄-试样在水中被振荡冲出的油的质量（g）。

3.棕吸油材料的表征与分析

将天然有机吸油材料利用Quanta200F型热场发射扫描电子显微镜在加速电压200KV，分辨率为1.2nm，放大倍率为25～2000下观察其微观结构。

（三）本发明所述的一种以棕纤维为基质，采用疏水剂浸渍改性制备吸油材料，其方法特点如下：

1.利用天然有机材料中的棕纤维作为基材制备的吸油材料，不仅具有天然有机材料的多孔性，比表面积大，密度低，吸油性能高，保油效果好的优点，且其具有成本低，并且制得的吸油材料可生物降解。

2.利用棕纤维作为基材制备的吸油材料，采用浸渍负载疏水剂的改性方法，是一简单的物理改性方法，工艺简单，成本低，避免了利用传统酯化、醚化、接枝共聚等化学改性过程中化学试剂的大量消耗并由此引起的环境的问题，在生产成本和环境保护方面具有显著的竞争优势。

附图说明：

图1为棕纤维改性前后的红外图；

其中1为棕原料，2为浸渍负载棕榈蜡（四氯化碳为溶剂），3为浸渍负载棕榈蜡（乙酸乙酯为溶剂）。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料如无特殊说明，均从商业获得或可以常规方法制备。

四氯化碳、乙酸乙酯、棕榈蜡、石蜡购自北京天宝锦桦科贸有限责任公司；

实施例1：

利用乙酸乙酯为溶剂，棕榈蜡为疏水剂对棕纤维疏水剂改性制得吸油材料，并对其吸油吸水以及持油性能测试

（1）疏水剂溶液的制备：取0.5g棕榈蜡放入500ml烧杯中，并加入400ml乙酸乙酯，放入80℃的恒温水浴中加热溶解30min，得到疏水剂溶液。

（2）取10g清洗干燥后的棕纤维（0.5-5cm）放入80℃的疏水剂中浸渍10min后，取出含有疏水剂的棕纤维进行快速烘干处理，在微波炉内干燥2min，即得吸油材料。

测定产品在柴油和水中的吸收倍率如下：

实施例2：

利用乙酸乙酯为溶剂，石蜡为疏水剂对棕纤维改性制得吸油材料，并对其吸油吸水以及持油性能测试

（1）疏水剂溶液的制备：取1g石蜡放入500ml烧杯中，并加入40ml乙酸乙酯，放入80℃的恒温水浴中加热溶解30min，得到疏水剂。

（2）取10g清洗干燥后的棕纤维（0.5-5cm）放入20℃的疏水剂溶液中浸渍120min后，取出含有疏水剂的棕纤维在微波炉内干燥4min，即得吸油材料。

测定产品在柴油和水中的吸收倍率如下：

实施例3：

利用四氯化碳为溶剂，棕榈蜡为疏水剂对棕纤维改性制得吸油材料，并对其吸油吸水以及持油性能测试

（1）疏水剂溶液的制备：取0.5g棕榈蜡放入500ml烧杯中，并加入60ml四氯化碳，放入70℃的恒温水浴中加热溶解20min，得到疏水剂溶液。

（2）取10g清洗干燥后的棕纤维（0.5-5cm）放入100℃的疏水剂溶液中浸渍30min后，取出含有疏水剂的棕纤维在微波炉内进行快速干燥处理3min，即得吸油材料。

测定产品在柴油和水中的吸收倍率如下：

实施例4：

利用四氯化碳为溶剂，石蜡为蜡质对棕纤维疏水剂改性制得吸油材料，并对其吸油吸水以及持油性能测试

（1）疏水剂溶液的制备：取1g石蜡放入500ml烧杯中，并加入100ml四氯化碳，放入70℃的恒温水浴中加热溶解20min，得到疏水剂溶液。

（2）取10g清洗干燥后的棕纤维（0.5-5cm）放入70℃的疏水剂溶液中浸渍30min后，取出含有疏水剂的棕纤维在微波炉内进行快速干燥处理2min，即得吸油材料。

测定产品在柴油和水中的吸收倍率如下：

实施例5：

利用乙酸乙酯和苯为溶剂，棕榈蜡为疏水剂对棕纤维疏水剂改性制得吸油材料，并对其吸油吸水以及持油性能测试

（1）疏水剂溶液的制备：取0.8g棕榈蜡放入500ml烧杯中，并加入60ml乙酸乙酯和20ml苯，放入80℃的恒温水浴中加热溶解30min，得到疏水剂溶液。

（2）取10g清洗干燥后的棕纤维（0.5-5cm）放入80℃的疏水剂中浸渍30min后，取出含有疏水剂的棕纤维进行快速烘干处理，在微波炉内处理3min，即得吸油材料。

测定产品在柴油和水中的吸收倍率如下：

实施例6：

利用四氯化碳和乙醇为溶剂，石蜡为疏水剂对棕纤维改性制得吸油材料，并对其吸油吸水以及持油性能测试

（1）疏水剂溶液的制备：取0.6g石蜡放入500ml烧杯中，并加入40ml四氯化碳和40ml乙醇，放入80℃的恒温水浴中加热溶解30min，得到疏水剂。

（2）取10g清洗干燥后的棕纤维（0.5-5cm）放入80℃的疏水剂溶液中浸渍40min后，取出含有疏水剂的棕纤维在微波炉内干燥2min，即得吸油材料。

测定产品在柴油和水中的吸收倍率如下：

实施例7：

利用四氯化碳为溶剂，棕榈蜡和石蜡为疏水剂对棕纤维改性制得吸油材料，并对其吸油吸水以及持油性能测试

（1）疏水剂溶液的制备：取0.5g棕榈蜡和0.2g石蜡放入500ml烧杯中，并加入80ml四氯化碳，放入70℃的恒温水浴中加热溶解20min，得到疏水剂溶液。

（2）取10g清洗干燥后的棕纤维（0.5-5cm）放入70℃的疏水剂溶液中浸渍30min后，取出含有疏水剂的棕纤维在闪蒸干燥器内进行快速干燥，即得吸油材料。

测定产品在柴油和水中的吸收倍率如下：

Claims (2)

1.一种以棕纤维为基质疏水剂浸渍改性制得吸油材料的方法，其特征在于：将清洗、烘干、剪断成0.5～5cm的棕纤维，放入疏水剂溶液中，在25～100℃浸渍10～120min后，取出含有疏水剂的棕纤维进行快速干燥，得到改性吸油材料；

其中：

所述的疏水剂为石蜡、棕榈蜡中的一种或者两种的混合物，其质量浓度控制在0.125～5%，疏水剂加入的质量是棕纤维的0.01～0.2倍；

所述的溶剂为四氯化碳、乙酸乙酯、乙醇、苯中的一种或者几种的混合物，溶剂加入的质量是疏水剂质量的20～800倍。

2.按照权利要求1所述的以棕纤维为基质改性制备吸油材料的方法，其特征在于：所述的快速烘干过程是将浸渍疏水剂的棕纤维进行微波辐照或者闪蒸干燥处理。