CN106146757A - 一种改性玉米秸秆纤维吸油材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性玉米秸秆纤维吸油材料的制备方法，属于吸油材料技术领域。针对天然有机吸油材料的吸油量较小，受压时油会再渗漏出来，同时易吸水，并且此种材料容易受潮和腐烂的问题，本发明提供了一种改性玉米秸秆纤维吸油材料的制备方法，本发明通过蒸汽爆破法预处理玉米秸秆，利用高温高压水蒸气瞬间释放压力打破木质素与半纤维素对纤维素的包裹作用，分离并除去大部分半纤维素和果胶，并用亚氯酸钠处理氧化降解木质素，碱处理进一步除去残留杂质，制备玉米秸秆纤维，再将玉米秸秆纤维用苯乙烯接枝改性，增加纤维素本身的疏水亲油性，强化纤维素材料本身的空间结构，制得改性玉米秸秆纤维吸油材料。

Description

一种改性玉米秸秆纤维吸油材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性玉米秸秆纤维吸油材料的制备方法，属于吸油材料技术领域。

背景技术

农作物秸秆是自然界中数量极大的可再生性资源。目前，中国作物秸秆资源数量超过7.6亿吨，其中稻草、麦草和玉米秆这3 种秸秆占到70%以上。秸秆中富含纤维素、半纤维素、木质素等，具有多种利用价值。除少部分用于制浆造纸、造肥、机械还田、工业原料等，绝大部分是用于焚烧取暖等，不仅造成了资源的极大浪费，同时产生大量烟雾和CO、CO₂等污染物，对环境造成了极大的污染破坏。因此，如何高效、合理利用这些棉秆资源已成为目前的热点课题。采用秸秆制备天然纤维是目前的热点研究方向之一。

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。利用吸油材料对溢油进行吸附处理是目前最为常用的一种技术。但对使用的吸油材料要求具有高吸油倍率和保油率、快的吸油速率、低的吸水倍率、可浮性及生物可降解性等，这要求吸附材料具有开放的多通道孔结构、强的表面亲油疏水性。

为了避免对环境造成二次污染，水稻、小麦、高粱、油菜等农作物秸秆具有质轻、多孔、价廉、易得及可生物降解等特性使得其成为理想的吸油材料。通过纤维表面和毛细管原理吸收油，但纤维特性对其吸油性能有较大影响，因为纤维素中羟基多，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。天然有机吸油材料的吸油量较小，受压时油会再渗漏出来，同时易吸水，并且此种材料容易受潮和腐烂。因此，对天然纤维素的改性研究显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对天然有机吸油材料的吸油量较小，受压时油会再渗漏出来，同时易吸水，并且此种材料容易受潮和腐烂的问题，本发明提供了一种改性玉米秸秆纤维吸油材料的制备方法，本发明通过蒸汽爆破法预处理玉米秸秆，利用高温高压水蒸气瞬间释放压力打破木质素与半纤维素对纤维素的包裹作用，分离并除去大部分半纤维素和果胶，并用亚氯酸钠处理氧化降解木质素，碱处理进一步除去残留杂质，制备玉米秸秆纤维，再将玉米秸秆纤维用苯乙烯接枝改性，增加纤维素本身的疏水亲油性，强化纤维素材料本身的空间结构，制得改性玉米秸秆纤维吸油材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）称取300~500g玉米秸秆，并将其剪断成5~10cm片段，浸泡在3~5L去离子水中20~24h，取出，置于60~65℃干燥箱中干燥2~3h，转入蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中通入1.5~2.5MPa温度为220~250℃水蒸汽，保持3~4min后瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，取出，将其浸泡在2~3L温度为80~85℃去离子水中40~50min，取出，自然风干，得蒸汽爆破处理玉米秸秆；

（2）称取100~120g上述蒸汽爆破处理玉米秸秆，加入3.0~3.6L质量分数为0.3%亚氯酸钠溶液中，在70~75℃下，加热反应50~60min，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3~5次后，自然风干，加入3.0~3.6L质量分数为0.75%氢氧化钾和0.25%硫化钠的混合溶液中，在80~90℃下，加热反应30~40min，冷却至室温，用冰醋酸调节混合液pH呈中性，过滤，用去离子水洗涤滤渣3~5次，置于80~85℃干燥箱中干燥2~3h，得玉米秸秆纤维；

（3）称取60~90g上述玉米秸秆纤维，加入600~900mL去离子水中，以300~400r/min搅拌10~20min，加入10~15g引发剂过氧化苯甲酰， 0.2~0.3g交联剂N，N﹣二甲基双丙烯酰胺，240~360mL苯乙烯单体，并用300W超声波超声8~10min，再将混合液用油浴加热至65~70℃，以1~3L/min通入氮气10~12min，继续反应8~10h，真空抽滤，用质量分数为50%乙醇溶液洗涤滤渣2~3次，再将滤渣置于55~60℃干燥箱中干燥20~24h，取出，用甲苯进行索氏抽提15~20h，并用无水乙醇和70~80℃去离子水洗涤3~5次，转入55~60℃干燥箱中干燥20~24h，得改性玉米秸秆纤维吸油材料。

本发明的应用方法是：取废油质量2~5%的本发明制备的改性玉米秸秆纤维吸油材料，置于废油表面，10~15min吸附完成，其对甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳的饱和吸油率分别为20~28 g /g，25~27 g /g，28~32 g /g ，30~35 g /g，循环10次，饱和吸油率仍保持在75~80%。

本发明的有益技术效果是：

（1）本发明制备的改性玉米秸秆纤维吸油材料吸油率高，可循环重复使用；

（2）本发明制备方法工艺简单，过程绿色环保。

具体实施方式

称取300~500g玉米秸秆，并将其剪断成5~10cm片段，浸泡在3~5L去离子水中20~24h，取出，置于60~65℃干燥箱中干燥2~3h，转入蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中通入1.5~2.5MPa温度为220~250℃水蒸汽，保持3~4min后瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，取出，将其浸泡在2~3L温度为80~85℃去离子水中40~50min，取出，自然风干，得蒸汽爆破处理玉米秸秆；称取100~120g上述蒸汽爆破处理玉米秸秆，加入3.0~3.6L质量分数为0.3%亚氯酸钠溶液中，在70~75℃下，加热反应50~60min，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3~5次后，自然风干，加入3.0~3.6L质量分数为0.75%氢氧化钾和0.25%硫化钠的混合溶液中，在80~90℃下，加热反应30~40min，冷却至室温，用冰醋酸调节混合液pH呈中性，过滤，用去离子水洗涤滤渣3~5次，置于80~85℃干燥箱中干燥2~3h，得玉米秸秆纤维；称取60~90g上述玉米秸秆纤维，加入600~900mL去离子水中，以300~400r/min搅拌10~20min，加入10~15g引发剂过氧化苯甲酰， 0.2~0.3g交联剂N，N﹣二甲基双丙烯酰胺，240~360mL苯乙烯单体，并用300W超声波超声8~10min，再将混合液用油浴加热至65~70℃，以1~3L/min通入氮气10~12min，继续反应8~10h，真空抽滤，用质量分数为50%乙醇溶液洗涤滤渣2~3次，再将滤渣置于55~60℃干燥箱中干燥20~24h，取出，用甲苯进行索氏抽提15~20h，并用无水乙醇和70~80℃去离子水洗涤3~5次，转入55~60℃干燥箱中干燥20~24h，得改性玉米秸秆纤维吸油材料。

实例1

称取300g玉米秸秆，并将其剪断成5cm片段，浸泡在3L去离子水中20h，取出，置于60℃干燥箱中干燥2h，转入蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中通入1.5MPa温度为220℃水蒸汽，保持3min后瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，取出，将其浸泡在2L温度为80℃去离子水中40min，取出，自然风干，得蒸汽爆破处理玉米秸秆；称取100g上述蒸汽爆破处理玉米秸秆，加入3.0L质量分数为0.3%亚氯酸钠溶液中，在70℃下，加热反应50min，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3次后，自然风干，加入3.0L质量分数为0.75%氢氧化钾和0.25%硫化钠的混合溶液中，在80℃下，加热反应30min，冷却至室温，用冰醋酸调节混合液pH呈中性，过滤，用去离子水洗涤滤渣3次，置于80℃干燥箱中干燥2h，得玉米秸秆纤维；称取60g上述玉米秸秆纤维，加入600mL去离子水中，以300r/min搅拌10min，加入10g引发剂过氧化苯甲酰， 0.2g交联剂N，N﹣二甲基双丙烯酰胺，240mL苯乙烯单体，并用300W超声波超声8min，再将混合液用油浴加热至65℃，以1L/min通入氮气10min，继续反应8h，真空抽滤，用质量分数为50%乙醇溶液洗涤滤渣2次，再将滤渣置于55℃干燥箱中干燥20h，取出，用甲苯进行索氏抽提15h，并用无水乙醇和70℃去离子水洗涤3次，转入55℃干燥箱中干燥20h，得改性玉米秸秆纤维吸油材料。

本发明的应用方法是：取废油质量2%的本发明制备的改性玉米秸秆纤维吸油材料，置于废油表面，10min吸附完成，其对甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳的饱和吸油率分别为20 g /g，25g /g，28 g /g ，30g /g，循环10次，饱和吸油率仍保持在75%。

实例2

称取400g玉米秸秆，并将其剪断成8cm片段，浸泡在4L去离子水中22h，取出，置于62℃干燥箱中干燥2.5h，转入蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中通入2.0MPa温度为230℃水蒸汽，保持3min后瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，取出，将其浸泡在2.5L温度为82℃去离子水中45min，取出，自然风干，得蒸汽爆破处理玉米秸秆；称取110g上述蒸汽爆破处理玉米秸秆，加入3.3L质量分数为0.3%亚氯酸钠溶液中，在72℃下，加热反应55min，过滤，将滤渣用去离子水洗涤4次后，自然风干，加入3.3L质量分数为0.75%氢氧化钾和0.25%硫化钠的混合溶液中，在85℃下，加热反应35min，冷却至室温，用冰醋酸调节混合液pH呈中性，过滤，用去离子水洗涤滤渣4次，置于82℃干燥箱中干燥2.5h，得玉米秸秆纤维；称取75g上述玉米秸秆纤维，加入750mL去离子水中，以350r/min搅拌15min，加入12g引发剂过氧化苯甲酰， 0.25g交联剂N，N﹣二甲基双丙烯酰胺，300mL苯乙烯单体，并用300W超声波超声9min，再将混合液用油浴加热至68℃，以2L/min通入氮气11min，继续反应9h，真空抽滤，用质量分数为50%乙醇溶液洗涤滤渣2次，再将滤渣置于58℃干燥箱中干燥22h，取出，用甲苯进行索氏抽提18h，并用无水乙醇和75℃去离子水洗涤4次，转入58℃干燥箱中干燥22h，得改性玉米秸秆纤维吸油材料。

本发明的应用方法是：取废油质量3%的本发明制备的改性玉米秸秆纤维吸油材料，置于废油表面，12min吸附完成，其对甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳的饱和吸油率分别为248 g /g，26 g /g，29 g /g ，32 g /g，循环10次，饱和吸油率仍保持在78%。

实例3

称取500g玉米秸秆，并将其剪断成10cm片段，浸泡在5L去离子水中24h，取出，置于65℃干燥箱中干燥3h，转入蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中通入2.5MPa温度为250℃水蒸汽，保持4min后瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，取出，将其浸泡在3L温度为85℃去离子水中50min，取出，自然风干，得蒸汽爆破处理玉米秸秆；称取120g上述蒸汽爆破处理玉米秸秆，加入3.6L质量分数为0.3%亚氯酸钠溶液中，在75℃下，加热反应60min，过滤，将滤渣用去离子水洗涤5次后，自然风干，加入3.6L质量分数为0.75%氢氧化钾和0.25%硫化钠的混合溶液中，在90℃下，加热反应40min，冷却至室温，用冰醋酸调节混合液pH呈中性，过滤，用去离子水洗涤滤渣5次，置于85℃干燥箱中干燥3h，得玉米秸秆纤维；称取90g上述玉米秸秆纤维，加入900mL去离子水中，以400r/min搅拌20min，加入15g引发剂过氧化苯甲酰，0.3g交联剂N，N﹣二甲基双丙烯酰胺，360mL苯乙烯单体，并用300W超声波超声10min，再将混合液用油浴加热至70℃，以3L/min通入氮气12min，继续反应10h，真空抽滤，用质量分数为50%乙醇溶液洗涤滤渣3次，再将滤渣置于60℃干燥箱中干燥24h，取出，用甲苯进行索氏抽提20h，并用无水乙醇和80℃去离子水洗涤5次，转入60℃干燥箱中干燥24h，得改性玉米秸秆纤维吸油材料。

本发明的应用方法是：取废油质量5%的本发明制备的改性玉米秸秆纤维吸油材料，置于废油表面，15min吸附完成，其对甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳的饱和吸油率分别为28 g /g，27 g /g，32 g /g ，35 g /g，循环10次，饱和吸油率仍保持在80%。

Claims (1)

1.一种改性玉米秸秆纤维吸油材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取300~500g玉米秸秆，并将其剪断成5~10cm片段，浸泡在3~5L去离子水中20~24h，取出，置于60~65℃干燥箱中干燥2~3h，转入蒸汽爆破罐中，向蒸汽爆破罐中通入1.5~2.5MPa温度为220~250℃水蒸汽，保持3~4min后瞬间打开蒸汽爆破罐阀门，取出，将其浸泡在2~3L温度为80~85℃去离子水中40~50min，取出，自然风干，得蒸汽爆破处理玉米秸秆；

（2）称取100~120g上述蒸汽爆破处理玉米秸秆，加入3.0~3.6L质量分数为0.3%亚氯酸钠溶液中，在70~75℃下，加热反应50~60min，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3~5次后，自然风干，加入3.0~3.6L质量分数为0.75%氢氧化钾和0.25%硫化钠的混合溶液中，在80~90℃下，加热反应30~40min，冷却至室温，用冰醋酸调节混合液pH呈中性，过滤，用去离子水洗涤滤渣3~5次，置于80~85℃干燥箱中干燥2~3h，得玉米秸秆纤维；

（3）称取60~90g上述玉米秸秆纤维，加入600~900mL去离子水中，以300~400r/min搅拌10~20min，加入10~15g引发剂过氧化苯甲酰， 0.2~0.3g交联剂N，N﹣二甲基双丙烯酰胺，240~360mL苯乙烯单体，并用300W超声波超声8~10min，再将混合液用油浴加热至65~70℃，以1~3L/min通入氮气10~12min，继续反应8~10h，真空抽滤，用质量分数为50%乙醇溶液洗涤滤渣2~3次，再将滤渣置于55~60℃干燥箱中干燥20~24h，取出，用甲苯进行索氏抽提15~20h，并用无水乙醇和70~80℃去离子水洗涤3~5次，转入55~60℃干燥箱中干燥20~24h，得改性玉米秸秆纤维吸油材料。