CN107983315B - 一种针对生活废油的吸油材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，该方法以木棉纤维为原料，该方法首先对木棉纤维进行局部水热炭化，然后再用硬脂酸进行化学改性，得到针对生活废油的吸油材料。本发明采用可再生天然木棉作为原料，处理方法相对简单，具有可生物降解性，属于环境友好型吸油材料。采用本发明制备的吸油材料密度小，质量轻。本发明制备的吸油材料吸油速度快，能在5min内达到最大饱和吸附量的85％以上。本发明制备的吸油材料在吸附油后，可经过简单的挤压进行回收，不造成二次污染。

Description

一种针对生活废油的吸油材料的制备方法
技术领域
本发明属于吸油材料领域，涉及生活废油的吸油材料，具体涉及一种针对生活废油的吸油材料的制备方法。
背景技术
近年来，生活用油对大气和水污染越来越严重，废油泄露到水环境中，会导致水质恶化，水生生物和海洋摄食鸟类死亡，甚至还会威胁近海渔业、水产养殖业、旅游业等，因此开发高效吸油材料成为人们关注的热点。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、二氧化硅、有机化改性粘土等，但因其吸油率低，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、稻草和羊毛等多孔性物质，因其吸油率高，来源广泛、价格较低，对天然高分子吸油材料的研究逐渐成为焦点。
天然高分子类吸油材料中，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表面物理吸附，所以纤维特性和孔隙体积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，也影响了其保油能力。所以，目前国内这方面的报道主要集中于将亲水性纤维改性成吸油性纤维。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，解决现有技术中的吸油材料吸油速率慢、选择性高和难以重复利用的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：
一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，该方法以木棉纤维为原料，该方法首先对木棉纤维进行局部水热炭化，然后再用硬脂酸进行化学改性，得到针对生活废油的吸油材料。
该方法具体包括以下步骤：
步骤一，预处理：
将干燥的木棉纤维剪碎，分别在丙酮和乙醇中各浸泡半小时，然后洗净，干燥，得到预处理后的木棉纤维；
步骤二，局部水热炭化：
将预处理后的木棉纤维对应加入到去离子水中，加入交联剂，放入超声振荡仪中震荡；将震荡后的原料转入到内衬聚四氟乙烯反应釜中，使得木棉纤维局部水热炭化，得到局部炭化后的木棉纤维；
所述的交联剂为丙烯酸；
所述的局部水热炭化的工艺条件为：反应温度为170℃，加热时间为4.5h；
步骤三，化学改性：
待步骤二制得的局部炭化后的木棉纤维冷却后，全部用乙醇洗净，干燥，取干燥的局部炭化后的木棉纤维加入到N，N-二甲基甲酰胺中，加入硬脂酸，放到恒温搅拌机上，控制温度70℃，搅拌1.5h；取出反应后的固体产物，先用乙醇洗涤2～3次，再水洗2～3次，压片固形，干燥，得到针对生活废油的吸油材料。
本发明还具有如下区别技术特征：
步骤二中，每1g预处理后的木棉纤维对应加入到30mL去离子水中，加入交联剂，使得交联剂在原料体系中的质量浓度为1.5％。
步骤三中，所述的硬脂酸的用量为2.0mL，所述的N，N-二甲基甲酰胺的用量为25mL。
所述的生活废油为植物油废油、防冻液废油或乙酸乙酯废油。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(Ⅰ)本发明采用可再生天然木棉作为原料，处理方法相对简单，具有可生物降解性，属于环境友好型吸油材料。
(Ⅱ)采用本发明制备的吸油材料密度小，质量轻。
(Ⅲ)本发明制备的吸油材料吸油速度快，能在5min内达到最大饱和吸附量的85％以上。
(Ⅳ)本发明制备的吸油材料在吸附油后，可经过简单的挤压进行回收，不造成二次污染。
附图说明
图1是本发明的制得的针对生活废油的吸油材料的偏光显微表征图。
图2是天然木棉纤维的偏光显微表征图。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，预处理：
将干燥的木棉纤维剪碎，分别在丙酮和乙醇中各浸泡半小时，然后洗净，干燥，得到预处理后的木棉纤维；预处理后的木棉纤维的偏光显微表征图如图2步所示。
步骤二，局部水热炭化：
将1g预处理后的木棉纤维对应加入到30mL去离子水中，加入交联剂，使得交联剂在原料体系中的质量浓度为1.5％，放入超声振荡仪中震荡；将震荡后的原料转入到内衬聚四氟乙烯反应釜中，使得木棉纤维局部水热炭化，得到局部炭化后的木棉纤维。
其中：交联剂为丙烯酸。
局部水热炭化的工艺条件为：反应温度为170℃，加热时间为4.5h。
步骤三，化学改性：
待步骤二制得的局部炭化后的木棉纤维冷却后，全部用乙醇洗净，干燥，取所有干燥的局部炭化后的木棉纤维加入到25mL N，N-二甲基甲酰胺中，加入2.0mL硬脂酸，放到恒温搅拌机上，控制温度70℃，搅拌1.5h；取出反应后的固体产物，先用乙醇洗涤2～3次，再水洗2～3次，压片固形，干燥，得到针对生活废油的吸油材料。
本实施例制得的针对生活废油的吸油材料的的偏光显微表征图如图1所示，从图1和图2的对比可知，原木棉纤维材料为螺旋结构，偏光显微下呈长条形，改性后木棉纤维材料为直链结构，材料的微观空隙增大，且改性后木棉纤维分子分子断裂，偏光显微下形成小而短的条状物，说明其大小有所降低，从而进一步扩大了材料的微表面积，为小分子的附着提供了更多的结合空间，有利于油品小分子的吸附。木棉纤维分子长造成这种结果的原因可能是由于经局部水热炭化后，改变了木棉纤维的结晶度，破坏了原来的空间网状结构，这为下一步的化学改性提供了有利条件，再用硬脂酸进行化学改性，与原材料上的活泼羟基等亲水基团反应，从而降低了原材料的亲水性，同时，烷基化的过程引入了亲油的烷基基团，进一步增大了材料的亲油能力。
本实施例中的产品吸植物油的饱和吸附量为40.86g/g，吸防冻液的饱和吸附量为29.88g/g，吸乙酸乙酯的饱和吸附量为37.63g/g。
对比例1：
本对比例给出一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，预处理：与实施例1的步骤一相同。
步骤二，局部水热炭化：
与实施例1的步骤二的区别仅仅在于局部水热炭化的反应温度为190℃。
步骤三，化学改性：
与实施例1的步骤三相同。
本对比例中的产品吸植物油的饱和吸附量为18.40g/g，吸防冻液的饱和吸附量为12.03g/g，吸乙酸乙酯的饱和吸附量为17.30g/g。
对比例2：
本对比例给出一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，预处理：与实施例1的步骤一相同。
步骤二，局部水热炭化：与实施例1的步骤二相同。
步骤三，化学改性：
与实施例1的步骤三的区别仅仅在于硬脂酸的加入量4.0mL。
本对比例中的产品吸植物油的饱和吸附量为28.64g/g，吸防冻液的饱和吸附量为28.94g/g，吸乙酸乙酯的饱和吸附量为25.01g/g。
对比例3：
本对比例给出一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，预处理：与实施例1的步骤一相同。
步骤二，局部水热炭化：与实施例1的步骤二的区别仅仅在于交联剂为戊二醛。
步骤三，化学改性：
与实施例1的步骤三相同。
本对比例中的产品吸植物油的饱和吸附量为31.53g/g，吸防冻液的饱和吸附量为28.24g/g，吸乙酸乙酯的饱和吸附量为30.87g/g。
对比例4：
本对比例给出一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，预处理：与实施例1的步骤一相同。
步骤二，局部水热炭化：与实施例1的步骤二相同。
步骤三，化学改性：
与实施例1的步骤三的区别仅仅在于将硬脂酸更换为油酸。
本对比例中的产品吸植物油的饱和吸附量为29.65g/g，吸防冻液的饱和吸附量为26.85g/g，吸乙酸乙酯的饱和吸附量为27.94g/g。
表1 吸油材料对不同类型油类的吸附量随时间变化表
Figure BDA0001498707590000071
从表1中还可以看出：
(A)不同的处理条件得到的木棉纤维材料对不同油品的吸附能力有很大差异。
(B)对比实施例1和对比例1可知，不同的炭化温度对材料的吸附能力有影响，在一定范围内，温度越高，吸附能力越低。这可能是因为随着炭化温度的升高，炭化程度也越高，对木棉纤维材料的空间结构造成了很大的破坏，减少了吸附面积，同时也破坏了原有的官能团，不利于下一步的化学改性，从而造成吸附能力的下降。
(C)对比实施例1和对比例2可知，改性剂的用量对材料的吸附能力也有影响，在一定范围内，随着改性剂用量的增加，材料的吸附能力下降。这可能是因为加入的改性剂过量与交联剂反应，降低了交联剂的交联效果，从而使木棉纤维断裂成很小的片段，破坏了空间网状结构，降低其吸附能力。
对比实施例1和对比例3可知，改变交联剂的种类，材料的吸油能力有差异，这是因为不同交联剂的交联度不同，交联度高的交联剂更易维持材料的空间网状结构，其吸附效果更佳。
(D)对比实施例1和对比例4可知，不同的改性剂对材料的吸附能力影响较大，用亲油性更好的改性剂对木棉纤维进行改性，大大地增加了材料的吸油能力。
从表1中还可以看出：
(A)不同吸油材料对同一油品的吸附能力有较大差异，其中，实施例1 的吸附效果最好，对植物油的吸附量可达40.64g/g，对防冻液的吸附量达 29.72g/g，对乙酸乙酯的吸附量达37.48g/g。
(B)同一材料对不同油品的吸附能力也不同。实施例1中的吸油材料对植物油的吸附效果最好，对防冻液的吸附效果最差。
(C)实施例1中的吸油材料对不同油品的吸附平衡时间不同。其中，对植物油的吸附平衡时间是10min，对防冻液的吸附平衡时间是12min，对乙酸乙酯的吸附平衡时间是14min。

Claims (4)

1.一种针对生活废油的吸油材料的制备方法，该方法以木棉纤维为原料，其特征在于，该方法首先对木棉纤维进行局部水热炭化，然后再用硬脂酸进行化学改性，得到针对生活废油的吸油材料；该方法具体包括以下步骤：
步骤一，预处理：
将干燥的木棉纤维剪碎，分别在丙酮和乙醇中各浸泡半小时，然后洗净，干燥，得到预处理后的木棉纤维；
步骤二，局部水热炭化：
将预处理后的木棉纤维对应加入到去离子水中，加入交联剂，放入超声振荡仪中震荡；将震荡后的原料转入到内衬为聚四氟乙烯反应釜中，使得木棉纤维局部水热炭化，得到局部炭化后的木棉纤维；
所述的交联剂为丙烯酸；
所述的局部水热炭化的工艺条件为：反应温度为170℃，加热时间为4.5h；
步骤三，化学改性：
待步骤二制得的局部炭化后的木棉纤维冷却后，全部用乙醇洗净，干燥，取干燥的局部炭化后的木棉纤维加入到N，N-二甲基甲酰胺中，加入硬脂酸，放到恒温搅拌机上，控制温度70℃，搅拌1.5h；取出反应后的固体产物，先用乙醇洗涤2～3次，再水洗2～3次，压片固形，干燥，得到针对生活废油的吸油材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，每1g预处理后的木棉纤维对应加入到30mL去离子水中，加入交联剂，使得交联剂在原料体系中的质量浓度为1.5％。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述的硬脂酸的用量为2.0mL，N，N-二甲基甲酰胺的用量为25mL。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的生活废油为植物油废油或防冻液废油。
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