CN105133318B - 一种硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料 - Google Patents

一种硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料,是将牛角瓜纤维于硅烷改性剂溶液中浸泡,分离,清洗,真空干燥后,于100~200℃下热处理即得。该吸油材料对大豆油、发动机油的吸收能力达65~90倍;吸油平衡时间约10分钟,具有快速高效的吸油能力,能快速阻止油类扩散。另外,本发明原料廉价易得,产品成本低,制备工艺简单,具有生物可降解性能,属于绿色吸油材料,可广泛用于有机溶剂和不同油类的回收以及大规模漏油事故的处理。

Description

一种硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料
技术领域
本发明涉及一种天然吸油材料,尤其涉及一种用硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料。
背景技术
海洋,是人类生存和可持续发展的战略基地。当全球各沿海国家迫于人口膨胀、资源短缺、环境恶化的压力,用新的视角关注、开发和利用海洋时,伴随全球工业化而来的海洋污染问题日益成为人们关注的焦点。全球范围内海上溢油事故频发,对海洋生态环境和海洋生物造成巨大损害,带来不可估量的生态灾难和经济损失。如2010 年美国墨西哥湾原油泄漏,酿成美国历史上最严重的漏油事件;2011年中海油渤海湾漏油事故形成劣四类海水面积840 km2
吸附法是一种非常经济有效的海洋溢油处理方法,可通过吸附剂将水中的油转为固体或半固体,在减少环境危害的同时回收资源。吸附法的核心是选择合适的吸油材料。目前的吸油材料包括无机矿物材料、有机合成材料和天然有机材料。无机矿物材料主要有各种黏土、膨胀石墨、气凝胶等,但无机矿物材料存在浮力差、成型难、油水选择性差、吸放油可逆性差等问题。现阶段在处理溢油事故时,主要使用有机合成材料,如聚丙烯、聚氨酯泡沫、橡胶类材料以及烷基乙烯聚合物等,但有机合成材料面临的问题包括生物降解性差、填埋处理对环境不友好、焚烧处理成本高且产生的气体会对环境造成二次污染等。
天然有机材料研究较多的有棉花纤维、木棉纤维、羊胡子草纤维、蚕茧、洋麻、羊毛、秸秆等。由于大量使用合成有机材料,天然有机材料尤其是植物纤维类吸油材料曾一度被认为没有发展前途。但近年来的研究发现,一些天然植物纤维比典型的有机合成纤维对石油具有更高的吸附容量,且成本低、可生物降解、不存在二次污染,能够通过简单的化学或物理改性获得更优的吸油性能,因此以天然植物纤维作为新型的可生物降解吸油材料,受到高度关注。
牛角瓜纤维是一种新型的生态环保植物纤维,是一种亟待开发和利用的天然植物纤维。牛角瓜纤维具有独特的薄壁大中空结构,表面覆盖一层蜡质,具有优良的疏水亲油性能,对水的接触角大于120度。因此,利用牛角瓜可研制开发新型的可生物降解绿色吸油材料。这既可以解决油污带来的危害,有效保护生态环境,还可使天然植物纤维实现高值化利用,避免资源浪费,满足环境低负荷和可持续发展的主题。
发明内容
本发明的目的是利用天然牛角瓜纤维的特殊优势,提供一种硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料,以提高天然牛角瓜纤维的高效吸油能力。
本发明的牛角瓜纤维吸油材料,是将牛角瓜纤维于硅烷改性剂溶液中浸泡0.02~60 min,分离,用无水乙醇超声清洗1~60 min,在20~90℃下真空干燥,最后于100~200℃下热处理10~180 min即得。
上述硅烷改性剂溶液中,硅烷改性剂为γ硅烷、氯硅烷、氟硅烷的一种(优选氟硅烷),溶剂为甲苯、二甲苯、环己烷、正己烷、氯仿、四氯化碳、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或两种。硅烷改性剂溶液中,改性剂的用量为牛角瓜纤维质量的0.01~100倍。
上述γ硅烷选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种;氯硅烷选自甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、癸基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三氯硅烷、3-丙烯酰基氧基丙基三氯硅烷、11-溴十一烷基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、n-癸基甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、三乙氧基氯硅烷、三异丙基氯硅烷、叔丁基二苯基氯硅烷、辛基三氯硅烷、二甲基辛基氯硅烷、二苯基甲基氯硅烷、丁基二甲基氯硅烷、十一烷基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十四烷基三氯硅烷、十六烷基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、二甲基十八烷基氯硅烷、正三十烷基二甲基氯硅烷中的一种;氟硅烷选自三乙氧基氟硅烷、二甲基苯基氟硅烷、三苯甲基氟硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种。
本发明硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料的吸油性能指标:
①对大豆油、发动机油的吸收能力达65~90倍;吸油平衡时间约10分钟;
②在30秒内对大豆油、发动机油的吸油量就达到饱和吸收量的90%以上。
本发明硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料可单独使用,也可以作为其它吸油材料的增强组份使用。
综上所述,本发明硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料具有以下优点:
1、具有快速高效的吸油能力,相对天然牛角瓜纤维,对大豆油的最大吸油量可提高50%以上,并能快速阻止油类扩散,可广泛用于有机溶剂和不同油类的回收以及大规模漏油事故的处理;
2、原料廉价易得,成本低廉,制备工艺简单,适宜大规模工业化应用处理;
3、具有生物可降解性能,属于绿色吸油材料;
4、吸油材料中空度高,密度小,质量轻,便于收集和进一步处理;也可通过简单的挤压进行不同种类油类的回收,并能多次使用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明吸油材料的制备及吸油性能作进一步说明。
实施例1
将0.05g十三氟辛基三乙氧基硅烷溶解于50 mL无水乙醇中,室温磁力搅拌1h;将1g牛角瓜纤维浸入上述溶液中3s,分离后用无水乙醇超声清洗1 min左右,在60℃真空干燥,之后于100℃下热处理60 min,得到牛角瓜纤维吸油材料。牛角瓜纤维对大豆油的吸收倍率为87倍(未经硅烷处理的牛角瓜纤维对大豆油的吸收倍率为57倍)。
实施例2
将2g十八烷基三氯硅烷溶解于50 mL甲苯中;将2g牛角瓜纤维浸入上述溶液中1h,分离后用无水乙醇超声清洗超声20 min,在30℃真空干燥,之后于120℃下热处理120 min,得到牛角瓜纤维吸油材料。该吸油材料对大豆油的吸收倍率为73倍。
实施例3
将3g γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷溶解于50 mL甲醇中,室温磁力搅拌8h;将5g牛角瓜纤维浸入上述溶液中20 min,分离后用无水乙醇超声清洗30 min,在40℃真空干燥,之后于150℃下热处理90 min,得到牛角瓜纤维吸油材料。该吸油材料对大豆油的吸收倍率为65倍。
实施例4
将0.5g十二烷基三氯硅烷溶解于50 mL四氯化碳/环己烷(体积比2:3)混合溶液中;将3g牛角瓜纤维浸入上述溶液中30 min,分离后用无水乙醇超声清洗20 min,在50℃真空干燥,之后于180℃下热处理60 min,得到牛角瓜纤维吸油材料。该吸油材料对大豆油的吸收倍率为71倍。
实施例5
将1g十七氟癸基三甲氧基硅烷溶解于50 mL甲醇中,室温磁力搅拌6h;将2.5g牛角瓜纤维浸入上述溶液中60 min,分离后用无水乙醇超声清洗40 min,在80℃真空干燥,之后于200℃下热处理15 min,得到牛角瓜纤维吸油材料。该吸油材料对大豆油的吸收倍率为85倍。
实施例6
将4g十三氟辛基三甲氧基硅烷溶解于50 mL二甲苯/正己烷(体积比1:1)混合溶液中,室温磁力搅拌10 min;将5g牛角瓜纤维浸入上述溶液中5 min,分离后用无水乙醇超声清洗20 min,90℃真空干燥,之后于120℃下热处理30 min,得到牛角瓜纤维吸油材料。该吸油材料对大豆油的吸收倍率为89倍。

Claims (6)

1.一种硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料,是将牛角瓜纤维于硅烷改性剂溶液中浸泡0.02~60 min,分离,用无水乙醇超声清洗,真空干燥后于100~200℃下热处理10~180 min即得;所述硅烷改性剂溶液中,硅烷改性剂为γ硅烷、氯硅烷、氟硅烷的一种,溶剂为甲苯、二甲苯、环己烷、正己烷、氯仿、四氯化碳、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或两种,改性剂的用量为牛角瓜纤维质量的0.01~100倍。
2.如权利要求1所述硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料,其特征在于:所述超声清洗时间为1~60 min。
3.如权利要求1所述硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料,其特征在于:真空干燥在20~90℃下进行。
4.如权利要求1所述硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料,其特征在于:γ硅烷选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
5.如权利要求1所述硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料,其特征在于:氯硅烷选自甲基三氯硅烷、苯基三氯硅烷、癸基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三氯硅烷、3-丙烯酰基氧基丙基三氯硅烷、11-溴十一烷基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷、n-癸基甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、三乙氧基氯硅烷、三异丙基氯硅烷、叔丁基二苯基氯硅烷、辛基三氯硅烷、二甲基辛基氯硅烷、二苯基甲基氯硅烷、丁基二甲基氯硅烷、十一烷基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十四烷基三氯硅烷、十六烷基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、二甲基十八烷基氯硅烷、正三十烷基二甲基氯硅烷中的一种。
6.如权利要求1所述硅烷改性的牛角瓜纤维吸油材料,其特征在于:氟硅烷选自三乙氧基氟硅烷、二甲基苯基氟硅烷、三苯甲基氟硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种。
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