CN108794799A - 一种多孔吸附吸油材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔吸附吸油材料的制备方法，属于吸油材料技术领域。本发明对天然纤维进行碱化‑蒸汽爆破预处理，使得吸油材料发生溶胀，油分子则被包裹在大分子网络结构中，从而达到吸油保油的目的；蒸汽爆破处理后的木质素和半纤维素对纤维素的保护作用遭到破坏后，纤维间的黏结被削弱，剩下的固相纤维素变得疏松多孔，大大增加反应物对纤维素的可及度，由于纤维间孔隙结构的改善，孔径的增大使纤维的毛细管作用力加强，也会增加纤维对油的吸附量，蒸汽爆破预处理方法具有处理效果好、效率高、环境污染小、低能耗的优势；本发明中利用碳酸氢钠加热分解产生的气体，使吸油材料中产生多孔气泡，提高了吸油材料的吸油能力。

Description

一种多孔吸附吸油材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔吸附吸油材料的制备方法，属于吸油材料技术领域。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，大量工业废水的排放以及油船、油罐泄露事故造成水体污染，油类污染物是造成水体污染的主要污染物之一，已经对生态环境构成了严重的威胁。常用吸附法处理水体中的油类污染物。吸油材料作为一种用于废油回收、处理的功能性材料，被广泛用于工厂机器渗漏油、工厂废水中油分、食品废油以及海上和陆上原油泄漏的处理。常见的有机型吸油材料和无机型吸油材料多存在吸附效率低、易造成二次污染、成本高等缺陷。如何有效治理溢出到海洋或其他水体中的石油及其产品是许多国家和机构的研究重点，经过长时间的努力，现有的主要的溢油治理措施包括：物理法（围油栏、吸油毡、撇油器等），化学法（消油剂、凝油剂等）和生物方法（投放噬油微生物或营养盐等促进石油的分解），在一次溢油事故中常常是多种治理手段的结合使用。虽然发展了多种溢油治理方法，但是仍存在的一些成本高、效率低、溢油处理不彻底等问题依然不容乐观。因此，如何制备出高效、低廉的溢油治理材料是当前研究的热点和难点之一，其具有巨大的社会效益和经济效益。其中，凝油剂能够将溢油快速凝结成固体或半固体块状，漂浮于水面便于机械打捞，它具有有效抑制油的扩散、毒性低、凝结油便于回收等优点；吸油剂能够有效吸附溢油，并能有效保持保油率，便于打捞、回收。
小分子凝油剂是当前研究的一个热点，其主要利用小分子的自组装性能，小分子之间能够通过氢键、范德华力、静电吸引等非共价键相互作用在一维方向上自组装形成纤维状、带状、管状或螺旋状纳米结构，再相互缠结成三维的网络结构，在此基础上利用表面张力、毛细作用力等将溢油等溶剂分子截留或固定在网络内形成凝胶。一般属于物理凝胶，和化学凝胶不同，物理凝胶在一定的外部刺激下能够实现溶胶-凝胶的可逆相转变，比如热处理、震荡、机械剪切等，利用这种溶胶-凝胶的相转变可以实现小分子凝油剂和凝油的回收再利用。而小分子凝油剂中的小分子结构单元主要是一些来源丰富、有独特立体结构和多修饰位点的天然产物分子，如：氨基酸、糖类、胆固醇、有机盐等，这不仅简化了合成步骤，更赋予了凝胶体系环保、经济、生物相容性等许多优点，具有巨大的研究价值和应用潜力。但是，现在文献中报道的凝油剂能够有效凝油的方法一般是将凝油剂与油品混合，采用加热溶解-室温冷却方法或者在凝油剂与油品的混合物中加入助溶剂在促进胶凝，这对于实际应用存在一定的困难。吸油剂的发展方向中一类比较重要的材料就是以天然材料为基础，经过简单的处理制备环保型的吸油剂产品，在众多处理方法中，高温热解碳化是一种比较有效、简单的方法。吸油剂虽然能够有效吸附溢油，但是不能将油胶凝。
总之，利用废纺纤维制备生物复合材料，不仅可以解决传统处理方法对环境的污染问题，又在一定程度上解决了资源短缺和浪费的问题，做到了真正的环保低碳，从而具有一定的经济效益和社会效益。因此，如何制备出高效、低廉的溢油治理材料是当前研究的热点和难点之一，其具有巨大的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对常见的有机型吸油材料和无机型吸油材料多存在吸附效率低的问题，提供了一种多孔吸附吸油材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）将甘蔗置于甘蔗榨汁机中榨汁后，得甘蔗渣，将甘蔗渣碱化处理，抽滤得碱化甘蔗纤维，将碱化甘蔗纤维放入蒸汽爆破罐中，蒸汽爆破处理后，打开蒸汽爆破罐阀门，冷却至室温，得爆破后的甘蔗纤维，用去离子水洗涤爆破后的甘蔗纤维，干燥，得预处理的甘蔗纤维；
（2）将预处理的甘蔗纤维与去离子水充分混合，配制成甘蔗纤维素水凝胶；将甘蔗纤维素水凝胶于冷冻干燥机中真空冷冻干燥，获得甘蔗纤维素气凝胶；
（3）将硅丙树脂、碳酸氢钠和乙醇混合，在常温下搅拌1～2h，得混合液，将甘蔗纤维素气凝胶加入混合液中，搅拌浸渍发泡处理后，冷却至室温，得多孔高效吸附吸油材料。
步骤（1）所述的碱化处理为将甘蔗渣浸泡在质量分数为40%的氢氧化钠溶液10～20min。
步骤（1）所述的蒸汽爆破处理为在蒸汽温度220～250℃，向蒸汽爆破罐中通入2.32MPa的蒸汽，保持3～5min。
步骤（1）所述的烘干为在温度为80～90℃下干燥至恒重。
步骤（2）所述的预处理的甘蔗纤维与去离子水的质量比为1∶30。
步骤（2）所述的真空冷冻干燥为在-40～-50℃、0.04～0.08mbar条件下冷冻干燥24～72h。
步骤（3）所述的混合液中硅丙树脂、碳酸氢钠和乙醇的质量比为5∶6∶20。
步骤（3）所述的甘蔗纤维素气凝胶和混合液的质量比为10∶1。
步骤（3）所述的搅拌浸渍发泡处理为在温度为50～60℃下搅拌浸渍发泡2～10h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明通过对天然纤维进行碱化-蒸汽爆破预处理，使得天然吸油性材料具有较强的亲油疏水基团和发达的内部空隙结构，进行溢油吸附时油品吸收到材料的内部网络结构中，使得吸油材料发生溶胀，油分子则被包裹在大分子网络结构中，从而达到吸油保油的目的；碱化过程中碱不但可以同天然有机材料中的淀粉、果胶、脂肪、树脂等有机物反应，生成溶于水的组分，也可以同木质素中的羟基反应生成可溶性碱木质素，从而与纤维素分离，主要无机物成分二氧化硅与碱反应生成硅酸钠溶于溶液中，从而达到去除杂质的目的；蒸汽爆破处理后的木质素和半纤维素对纤维素的保护作用遭到破坏后，纤维间的黏结被削弱，剩下的固相纤维素变得疏松多孔，大大增加反应物对纤维素的可及度，由于纤维间孔隙结构的改善，孔径的增大使纤维的毛细管作用力加强，也会增加纤维对油的吸附量，蒸汽爆破预处理方法具有处理效果好、效率高、环境污染小、低能耗的优势；本发明中利用碳酸氢钠加热分解产生的气体，使吸油材料中产生多孔气泡，提高了吸油材料的吸油能力。
具体实施方式
将甘蔗置于甘蔗榨汁机中榨汁后，得甘蔗渣，将甘蔗渣浸泡在质量分数为40%的氢氧化钠溶液10～20min，抽滤得碱化甘蔗纤维，将碱化甘蔗纤维放入蒸汽爆破罐中，在蒸汽温度220～250℃，向蒸汽爆破罐中通入2.32MPa的蒸汽，保持3～5min，然后打开蒸汽爆破罐阀门，冷却至室温，得爆破后的甘蔗纤维，用去离子水洗涤爆破后的甘蔗纤维，在温度为80～90℃下干燥至恒重，得预处理的甘蔗纤维；将预处理的甘蔗纤维与去离子水按1∶30的质量比充分混合，配制成甘蔗纤维素水凝胶；将甘蔗纤维素水凝胶于冷冻干燥机中在-40～-50℃、0.04～0.08mbar条件下冷冻干燥24～72h，获得甘蔗纤维素气凝胶；按质量比5∶6∶20将硅丙树脂、碳酸氢钠和乙醇混合，在常温下搅拌1～2h，得混合液，按质量比10∶1将甘蔗纤维素气凝胶加入混合液中，在温度为50～60℃下搅拌浸渍发泡2～10h后，冷却至室温，得多孔吸附吸油材料。
将甘蔗置于甘蔗榨汁机中榨汁后，得甘蔗渣，将甘蔗渣浸泡在质量分数为40%的氢氧化钠溶液10min，抽滤得碱化甘蔗纤维，将碱化甘蔗纤维放入蒸汽爆破罐中，在蒸汽温度220℃，向蒸汽爆破罐中通入2.32MPa的蒸汽，保持3min，然后打开蒸汽爆破罐阀门，冷却至室温，得爆破后的甘蔗纤维，用去离子水洗涤爆破后的甘蔗纤维，在温度为80℃下干燥至恒重，得预处理的甘蔗纤维；将预处理的甘蔗纤维与去离子水按1∶30的质量比充分混合，配制成甘蔗纤维素水凝胶；将甘蔗纤维素水凝胶于冷冻干燥机中在-40℃、0.04mbar条件下冷冻干燥24h，获得甘蔗纤维素气凝胶；按质量比5∶6∶20将硅丙树脂、碳酸氢钠和乙醇混合，在常温下搅拌1h，得混合液，按质量比10∶1将甘蔗纤维素气凝胶加入混合液中，在温度为50℃下搅拌浸渍发泡2h后，冷却至室温，得多孔吸附吸油材料。
将甘蔗置于甘蔗榨汁机中榨汁后，得甘蔗渣，将甘蔗渣浸泡在质量分数为40%的氢氧化钠溶液15min，抽滤得碱化甘蔗纤维，将碱化甘蔗纤维放入蒸汽爆破罐中，在蒸汽温度235℃，向蒸汽爆破罐中通入2.32MPa的蒸汽，保持4min，然后打开蒸汽爆破罐阀门，冷却至室温，得爆破后的甘蔗纤维，用去离子水洗涤爆破后的甘蔗纤维，在温度为85℃下干燥至恒重，得预处理的甘蔗纤维；将预处理的甘蔗纤维与去离子水按1∶30的质量比充分混合，配制成甘蔗纤维素水凝胶；将甘蔗纤维素水凝胶于冷冻干燥机中在-45℃、0.06mbar条件下冷冻干燥48h，获得甘蔗纤维素气凝胶；按质量比5∶6∶20将硅丙树脂、碳酸氢钠和乙醇混合，在常温下搅拌1h，得混合液，按质量比10∶1将甘蔗纤维素气凝胶加入混合液中，在温度为55℃下搅拌浸渍发泡6h后，冷却至室温，得多孔吸附吸油材料。
将甘蔗置于甘蔗榨汁机中榨汁后，得甘蔗渣，将甘蔗渣浸泡在质量分数为40%的氢氧化钠溶液20min，抽滤得碱化甘蔗纤维，将碱化甘蔗纤维放入蒸汽爆破罐中，在蒸汽温度250℃，向蒸汽爆破罐中通入2.32MPa的蒸汽，保持5min，然后打开蒸汽爆破罐阀门，冷却至室温，得爆破后的甘蔗纤维，用去离子水洗涤爆破后的甘蔗纤维，在温度为90℃下干燥至恒重，得预处理的甘蔗纤维；将预处理的甘蔗纤维与去离子水按1∶30的质量比充分混合，配制成甘蔗纤维素水凝胶；将甘蔗纤维素水凝胶于冷冻干燥机中在-50℃、0.08mbar条件下冷冻干燥72h，获得甘蔗纤维素气凝胶；按质量比5∶6∶20将硅丙树脂、碳酸氢钠和乙醇混合，在常温下搅拌2h，得混合液，按质量比10∶1将甘蔗纤维素气凝胶加入混合液中，在温度为60℃下搅拌浸渍发泡10h后，冷却至室温，得多孔吸附吸油材料。
将本发明制备的多孔吸附吸油材料及福建某公司生产的吸油材料进行检测，具体检测结果如下表表1：
检测方法：
（1）吸油性能测试将装有200mL风化后的油品的500mL烧杯放在20℃的恒温水浴中预热20min后，再将0.1g左右的废旧纺织物基水面吸油材料放到自制的铁丝网上，然后将铁丝网缓缓浸入待测油品中，称重（扣除丝网及丝网上粘附油品的质量），计算吸油材料的吸附量，以吸油倍率（g/g）表示。
保油性测试：称取废旧纺织物基水面吸油材料W1放于油品中，待其吸附15min后，移出至不锈钢网上，静置5min，称重，记为W，分别在5min、10min、20min、40
min、60min、90min和120min沥干后，取出材料称重，记为W2。
表1多孔吸附吸油材料性能表征
由表1可知本发明制备的多孔吸附吸油材料，吸油倍率大，保油率高，吸油性能好，具有广阔的市场价值和应用前景。

Claims (9)

1.一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将甘蔗置于甘蔗榨汁机中榨汁后，得甘蔗渣，将甘蔗渣碱化处理，抽滤得碱化甘蔗纤维，将碱化甘蔗纤维放入蒸汽爆破罐中，蒸汽爆破处理后，打开蒸汽爆破罐阀门，冷却至室温，得爆破后的甘蔗纤维，用去离子水洗涤爆破后的甘蔗纤维，干燥，得预处理的甘蔗纤维；
（2）将预处理的甘蔗纤维与去离子水充分混合，配制成甘蔗纤维素水凝胶；将甘蔗纤维素水凝胶于冷冻干燥机中真空冷冻干燥，获得甘蔗纤维素气凝胶；
（3）将硅丙树脂、碳酸氢钠和乙醇混合，在常温下搅拌1～2h，得混合液，将甘蔗纤维素气凝胶加入混合液中，搅拌浸渍发泡处理后，冷却至室温，得多孔高效吸附吸油材料。
2.根据权利要求1所述的一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的碱化处理为将甘蔗渣浸泡在质量分数为40%的氢氧化钠溶液10～20min。
3.根据权利要求1所述的一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的蒸汽爆破处理为在蒸汽温度220～250℃，向蒸汽爆破罐中通入2.32MPa的蒸汽，保持3～5min。
4.根据权利要求1所述的一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的烘干为在温度为80～90℃下干燥至恒重。
5.根据权利要求1所述的一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的预处理的甘蔗纤维与去离子水的质量比为1∶30。
6.根据权利要求1所述的一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的真空冷冻干燥为在-40～-50℃、0.04～0.08mbar条件下冷冻干燥24～72h。
7.根据权利要求1所述的一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的混合液中硅丙树脂、碳酸氢钠和乙醇的质量比为5∶6∶20。
8.根据权利要求1所述的一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的甘蔗纤维素气凝胶和混合液的质量比为10∶1。
9.根据权利要求1所述的一种多孔吸附吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的搅拌浸渍发泡处理为在温度为50～60℃下搅拌浸渍发泡2～10h。
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