CN105669985A - 一种醋酸纤维素接枝聚羟基脂肪酸酯制备超吸油材料的方法 - Google Patents

一种醋酸纤维素接枝聚羟基脂肪酸酯制备超吸油材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种醋酸纤维素接枝聚羟基脂肪酸酯制备超吸油材料的方法，属于吸油材料领域。本发明利用醋酸纤维素和聚羟基脂肪酸酯为原料，先制备醋酸纤维素，并对纤维表面进行疏水亲油改性，再接枝在具有亲油性的聚羟基脂肪酸酯上，制得超吸油材料，本发明采用改性醋酸纤维素和聚羟基脂肪酸酯都具有亲油性，并且都可以完全生物降解，避免二次污染的发生，而且制得吸油材料吸附能力强，可快速吸收各种油脂，因其密度低，能浮在水面上进行快速回收、处理。

Description

一种醋酸纤维素接枝聚羟基脂肪酸酯制备超吸油材料的方法
技术领域
本发明公开了一种醋酸纤维素接枝聚羟基脂肪酸酯制备超吸油材料的方法，属于吸油材料领域。
背景技术
随着世界工业的不断发展，油污排放日益增加，油品泄漏的途径和机会也越来越多，特别是海上航运造成的大规模泄漏油事故。传统的吸油材料如棉花、海绵、粘土等无论在产量上还是性能上都不能满足当前的需要。高吸油树脂是近年来发展起来的一类新型功能高分子材料，与传统的吸油材料相比，它具有吸油种类多、基本不吸水、体积小、吸油速率快，回收方便等特点。纵观目前合成的高吸油树脂以人工合成高分子材料居多，其中又以聚乙烯、丙烯酸酯类、苯乙烯类单体的共聚合为主，虽然它们的吸油量较高，但在其处理与处置过程中(如焚烧、填埋等)会污染环境，如焚烧会产生各种有害气体，污染大气，若填埋，则由于它们一般均为不可生物降解可难降解物质，会污染土壤和地下水资源。吸油材料一旦用于处理溢油，则它们最终必须要能够从水面上回收。
聚羟基脂肪酸酯是广泛存在于微生物体内的一类高分子生物聚酯，在生物体内主要作为碳源和能量的贮藏物质。聚羟基脂肪酸酯与传统的、以石油为原料合成的塑料具有相似的材料学性质，但可以用可再生的资源合成，并且具有生物可降解性、生物相容性和不依赖化石资源等特性，可以完全降解进入自然界的生态循环具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前人工合成聚合物吸油材料，如丙纶、尼龙、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯等，这些物质极难生物降解，有的甚至在数百年内都不能降解，这些材料吸油后处置十分困难，燃烧后会产生有毒有害气体如氮氧化物和二噁英等，导致严重的二次污染的问题，提供了一种醋酸纤维素接枝聚羟基脂肪酸酯制备超吸油材料的方法，本发明利用醋酸纤维素和聚羟基脂肪酸酯为原料，先制备醋酸纤维素，并对纤维表面进行疏水亲油改性，再接枝在聚羟基脂肪酸酯上，制得超吸油材料，本发明的改性醋酸纤维素和聚羟基脂肪酸酯都具有亲油性，而且可以完全生物降解，避免二次污染的发生，制得吸油材料吸附能力强，可快速吸收各种油脂，因其密度低，能浮在水面上进行回收、处理。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取100～200g干燥的秸秆，将其粉碎、过100～120目筛，得秸秆粉末，将按固液比1:10加入酸液，所述的酸液为冰醋酸和乙酸酐按体积比1:1混合的液体，搅拌后再向其中加入10～15mL质量分数90%硫酸，充分搅拌搅拌，将搅拌后的混合液置于三口烧瓶中，并放入水浴锅中，升高温度至70～80℃，搅拌反应4～6h，反应结束后冷却至室温；
（2）将上述冷却后的混合物加入到离心机中，在5000～6000r/min转速下离心分离，取上清液，并在105～110℃下进行蒸馏1～2h，将蒸馏后的液体用蒸馏水进行清洗直至固体完全析出，抽滤，将滤饼用蒸馏水清洗2～3次后干燥、粉碎，将粉末按固液比1:5加入石油醚，过滤得滤饼，将滤饼再按固液比1:3再按固液比1:3加入二氯甲烷中，搅拌溶解，向其中按体积比1.1：1.5加入无水乙醇，有固体析出，抽滤，将滤饼烘干，即可得到醋酸纤维素；
（3）将上述醋酸纤维素按固液比1:10分散在N,N-二甲基甲酸胺中，向分散液中加入总质量8～10%乙酸酐，放入水浴锅中，设定温度50～60℃，并加入浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶解调节pH为7.5～8.0，搅拌反应2～3h，反应结束后离心分离，得改性纳米纤维素，再分别用浓度0.1mol/L盐酸溶液和无水乙醇多次洗涤，将洗涤后的固体冷冻干燥，即可得到改性醋酸纤维素；
（4）取上述干燥后改性醋酸纤维素放入按1:20～1:30加入N,N-二甲基乙酰胺溶剂中，在80～100Hz的功率下超声分散25～30min，使醋酸纤维素在溶剂中均匀分散，再向分散液中加入总质量15～20%的聚羟基脂肪酸酯，先在80～100r/min的条件下摇床振荡26～30h，再向振荡后混合液中加入总质量5～8%引发剂偶氮二异丁氰，并置于三口烧瓶中，在68～75℃下搅拌反应4～6h；
（5）将上述反应结束后冷却至室温，静置脱泡处理8～10h，将脱泡后的反应液按体积比1:8加入去离子水中，有固体析出，抽滤，将滤饼分别用蒸馏水和无水乙醇清洗3～5次，清洗后放入烘箱中，在45～50℃下干燥，干燥完全后取出用机械研磨成粉末即可。
本发明制备的方法：本发明制得的超吸油材料可以应用于海上或陆地水域水表面溢油的回收，对含油废水处理，也可对车间油污染清除，港口污染治理等方面，称取本发明制得的吸油材料装入带盖的玻璃容器中，向容器中加入大豆油，在室温下静置20～50min后，经200目的铜网过滤并称重，吸油倍率25.6～30.5g/g。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的醋酸纤维素和聚羟基脂肪酸酯都可以完全生物降解，可以避免二次污染的发生，无毒无味；
（2）本发明制得吸油材料吸附能力强，可快速吸收各种油脂；
（3）本发明不仅生产成本低，而且其密度低，能浮在水面上进行回收、处理。
具体实施方式
首先称取100～200g干燥的秸秆，将其粉碎、过100～120目筛，得秸秆粉末，将按固液比1:10加入酸液，所述的酸液为冰醋酸和乙酸酐按体积比1:1混合的液体，搅拌后再向其中加入10～15mL质量分数90%硫酸，充分搅拌搅拌，将搅拌后的混合液置于三口烧瓶中，并放入水浴锅中，升高温度至70～80℃，搅拌反应4～6h，反应结束后冷却至室温；将冷却后的混合物加入到离心机中，在5000～6000r/min转速下离心分离，取上清液，并在105～110℃下进行蒸馏1～2h，将蒸馏后的液体用蒸馏水进行清洗直至固体完全析出，抽滤，将滤饼用蒸馏水清洗2～3次后干燥、粉碎，将粉末按固液比1:5加入石油醚，过滤得滤饼，将滤饼再按固液比1:3再按固液比1:3加入二氯甲烷中，搅拌溶解，向其中按体积比1.1：1.5加入无水乙醇，有固体析出，抽滤，将滤饼烘干，即可得到醋酸纤维素；将醋酸纤维素按固液比1:10分散在N,N-二甲基甲酸胺中，向分散液中加入总质量8～10%乙酸酐，放入水浴锅中，设定温度50～60℃，并加入浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶解调节pH为7.5～8.0，搅拌反应2～3h，反应结束后离心分离，得改性纳米纤维素，再分别用浓度0.1mol/L盐酸溶液和无水乙醇多次洗涤，将洗涤后的固体冷冻干燥，即可得到改性醋酸纤维素；取干燥后改性醋酸纤维素放入按1:20～1:30加入N,N-二甲基乙酰胺溶剂中，在80～100Hz的功率下超声分散25～30min，使醋酸纤维素在溶剂中均匀分散，再向分散液中加入总质量15～20%的聚羟基脂肪酸酯，先在80～100r/min的条件下摇床振荡26～30h，再向振荡后混合液中加入总质量5～8%引发剂偶氮二异丁氰，并置于三口烧瓶中，在68～75℃下搅拌反应4～6h；将反应结束后冷却至室温，静置脱泡处理8～10h，将脱泡后的反应液按体积比1:8加入去离子水中，有固体析出，抽滤，将滤饼分别用蒸馏水和无水乙醇清洗3～5次，清洗后放入烘箱中，在45～50℃下干燥，干燥完全后取出用机械研磨成粉末即可。
实例1
首先称取100g干燥的秸秆，将其粉碎、过100目筛，得秸秆粉末，将按固液比1:10加入酸液，所述的酸液为冰醋酸和乙酸酐按体积比1:1混合的液体，搅拌后再向其中加入10mL质量分数90%硫酸，充分搅拌搅拌，将搅拌后的混合液置于三口烧瓶中，并放入水浴锅中，升高温度至70℃，搅拌反应4h；将冷却后的混合物加入到离心机中，在5000r/min转速下离心分离，取上清液，并在105℃下进行蒸馏1h，将蒸馏后的液体用蒸馏水进行清洗直至固体完全析出，抽滤，将滤饼用蒸馏水清洗2次后干燥、粉碎，将粉末按固液比1:5加入石油醚，过滤得滤饼，将滤饼再按固液比1:3再按固液比1:3加入二氯甲烷中，搅拌溶解，向其中按体积比1.1：1.5加入无水乙醇，有固体析出，抽滤，将滤饼烘干，即可得到醋酸纤维素；将醋酸纤维素按固液比1:10分散在N,N-二甲基甲酸胺中，向分散液中加入总质量8%乙酸酐，放入水浴锅中，设定温度50℃，并加入浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶解调节pH为7.5，搅拌反应2h，反应结束后离心分离，得改性纳米纤维素，再分别用浓度0.1mol/L盐酸溶液和无水乙醇多次洗涤，将洗涤后的固体冷冻干燥，即可得到改性醋酸纤维素；取干燥后改性醋酸纤维素放入按1:20加入N,N-二甲基乙酰胺溶剂中，在80Hz的功率下超声分散25min，使醋酸纤维素在溶剂中均匀分散，再向分散液中加入总质量15%的聚羟基脂肪酸酯，先在80r/min的条件下摇床振荡26h，再向振荡后混合液中加入总质量5%引发剂偶氮二异丁氰，并置于三口烧瓶中，在68℃下搅拌反应4h；将反应结束后冷却至室温，静置脱泡处理8h，将脱泡后的反应液按体积比1:8加入去离子水中，有固体析出，抽滤，将滤饼分别用蒸馏水和无水乙醇清洗3次，清洗后放入烘箱中，在45℃下干燥，干燥完全后取出用机械研磨成粉末即可。
本发明制得的超吸油材料可以应用于海上或陆地水域水表面溢油的回收，对含油废水处理，也可对车间油污染清除，港口污染治理等方面，称取本发明制得的吸油材料装入带盖的玻璃容器中，向容器中加入大豆油，在室温下静置20min后，经200目的铜网过滤并称重，吸油倍率25.6g/g。
实例2
首先称取150g干燥的秸秆，将其粉碎、过110目筛，得秸秆粉末，将按固液比1:10加入酸液，所述的酸液为冰醋酸和乙酸酐按体积比1:1混合的液体，搅拌后再向其中加入13mL质量分数90%硫酸，充分搅拌搅拌，将搅拌后的混合液置于三口烧瓶中，并放入水浴锅中，升高温度至75℃，搅拌反应5h，反应结束后冷却至室温；将冷却后的混合物加入到离心机中，在5500r/min转速下离心分离，取上清液，并在108℃下进行蒸馏1.5h，将蒸馏后的液体用蒸馏水进行清洗直至固体完全析出，抽滤，将滤饼用蒸馏水清洗2次后干燥、粉碎，将粉末按固液比1:5加入石油醚，过滤得滤饼，将滤饼再按固液比1:3再按固液比1:3加入二氯甲烷中，搅拌溶解，向其中按体积比1.1：1.5加入无水乙醇，有固体析出，抽滤，将滤饼烘干，即可得到醋酸纤维素；将醋酸纤维素按固液比1:10分散在N,N-二甲基甲酸胺中，向分散液中加入总质量9%乙酸酐，放入水浴锅中，设定温度55℃，并加入浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶解调节pH为7.8，搅拌反应2.5h，反应结束后离心分离，得改性纳米纤维素，再分别用浓度0.1mol/L盐酸溶液和无水乙醇多次洗涤，将洗涤后的固体冷冻干燥，即可得到改性醋酸纤维素；取干燥后改性醋酸纤维素放入按1:25加入N,N-二甲基乙酰胺溶剂中，在90Hz的功率下超声分散27min，使醋酸纤维素在溶剂中均匀分散，再向分散液中加入总质量17%的聚羟基脂肪酸酯，先在90r/min的条件下摇床振荡28h，再向振荡后混合液中加入总质量6%引发剂偶氮二异丁氰，并置于三口烧瓶中，在72℃下搅拌反应5h；将反应结束后冷却至室温，静置脱泡处理9h，将脱泡后的反应液按体积比1:8加入去离子水中，有固体析出，抽滤，将滤饼分别用蒸馏水和无水乙醇清洗4次，清洗后放入烘箱中，在47℃下干燥，干燥完全后取出用机械研磨成粉末即可。
本发明制得的超吸油材料可以应用于海上或陆地水域水表面溢油的回收，对含油废水处理，也可对车间油污染清除，港口污染治理等方面，称取本发明制得的吸油材料装入带盖的玻璃容器中，向容器中加入大豆油，在室温下静置35min后，经200目的铜网过滤并称重，吸油倍率28.5g/g。
实例3
首先称取200g干燥的秸秆，将其粉碎、过120目筛，得秸秆粉末，将按固液比1:10加入酸液，所述的酸液为冰醋酸和乙酸酐按体积比1:1混合的液体，搅拌后再向其中加入15mL质量分数90%硫酸，充分搅拌搅拌，将搅拌后的混合液置于三口烧瓶中，并放入水浴锅中，升高温度至80℃，搅拌反应6h，反应结束后冷却至室温；将冷却后的混合物加入到离心机中，在6000r/min转速下离心分离，取上清液，并在110℃下进行蒸馏2h，将蒸馏后的液体用蒸馏水进行清洗直至固体完全析出，抽滤，将滤饼用蒸馏水清洗3次后干燥、粉碎，将粉末按固液比1:5加入石油醚，过滤得滤饼，将滤饼再按固液比1:3再按固液比1:3加入二氯甲烷中，搅拌溶解，向其中按体积比1.1：1.5加入无水乙醇，有固体析出，抽滤，将滤饼烘干，即可得到醋酸纤维素；将醋酸纤维素按固液比1:10分散在N,N-二甲基甲酸胺中，向分散液中加入总质量10%乙酸酐，放入水浴锅中，设定温度60℃，并加入浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶解调节pH为8.0，搅拌反应3h，反应结束后离心分离，得改性纳米纤维素，再分别用浓度0.1mol/L盐酸溶液和无水乙醇多次洗涤，将洗涤后的固体冷冻干燥，即可得到改性醋酸纤维素；取干燥后改性醋酸纤维素放入按1:30加入N,N-二甲基乙酰胺溶剂中，在100Hz的功率下超声分散30min，使醋酸纤维素在溶剂中均匀分散，再向分散液中加入总质量20%的聚羟基脂肪酸酯，先在100r/min的条件下摇床振荡30h，再向振荡后混合液中加入总质量8%引发剂偶氮二异丁氰，并置于三口烧瓶中，在75℃下搅拌反应6h；将反应结束后冷却至室温，静置脱泡处理10h，将脱泡后的反应液按体积比1:8加入去离子水中，有固体析出，抽滤，将滤饼分别用蒸馏水和无水乙醇清洗5次，清洗后放入烘箱中，在50℃下干燥，干燥完全后取出用机械研磨成粉末即可。
本发明制得的超吸油材料可以应用于海上或陆地水域水表面溢油的回收，对含油废水处理，也可对车间油污染清除，港口污染治理等方面，称取本发明制得的吸油材料装入带盖的玻璃容器中，向容器中加入大豆油，在室温下静置50min后，经200目的铜网过滤并称重，吸油倍率30.5g/g。

Claims (1)

1.一种醋酸纤维素接枝聚羟基脂肪酸酯制备超吸油材料的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取100～200g干燥的秸秆，将其粉碎、过100～120目筛，得秸秆粉末，将按固液比1:10加入酸液，所述的酸液为冰醋酸和乙酸酐按体积比1:1混合而成，搅拌后再向其中加入10～15mL质量分数90%硫酸，充分搅拌，将搅拌后的混合液置于三口烧瓶中，并放入水浴锅中，升高温度至70～80℃，搅拌反应4～6h，反应结束后冷却至室温，；
（2）将上述冷却后的混合物加入到离心机中，在5000～6000r/min转速下离心分离，取上清液，并在105～110℃下进行蒸馏1～2h，将蒸馏后的液体用蒸馏水进行清洗直至固体完全析出，抽滤，将滤饼用蒸馏水清洗2～3次后干燥、粉碎，将粉末按固液比1:5加入石油醚，过滤得滤饼，将滤饼再按固液比1:3加入二氯甲烷中，搅拌溶解，向其中按体积比1.1：1.5加入无水乙醇，有固体析出，抽滤，将滤饼烘干，即可得到醋酸纤维素；
（3）将上述醋酸纤维素按固液比1:10分散在N,N-二甲基甲酸胺中，向分散液中加入总质量8～10%乙酸酐，放入水浴锅中，设定温度50～60℃，并加入浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶解调节pH为7.5～8.0，搅拌反应2～3h，反应结束后离心分离，得改性纳米纤维素，再分别用浓度0.1mol/L盐酸溶液和无水乙醇多次洗涤，将洗涤后的固体冷冻干燥，即可得到改性醋酸纤维素；
（4）取上述干燥后改性醋酸纤维素放入按1:20～1:30加入N,N-二甲基乙酰胺溶剂中，在80～100Hz的功率下超声分散25～30min，使醋酸纤维素在溶剂中均匀分散，再向分散液中加入总质量15～20%的聚羟基脂肪酸酯，先在80～100r/min的条件下摇床振荡26～30h，再向振荡后混合液中加入总质量5～8%引发剂偶氮二异丁氰，并置于三口烧瓶中，在68～75℃下搅拌反应4～6h；
（5）将上述反应结束后冷却至室温，静置脱泡处理8～10h，将脱泡后的反应液按体积比1:8加入去离子水中，有固体析出，抽滤，将滤饼分别用蒸馏水和无水乙醇清洗3～5次，清洗后放入烘箱中，在45～50℃下干燥，干燥完全后取出用机械研磨成粉末即可。
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