CN110237827B - 一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法。先将木材经由甘油/碳酸钾组成的低共熔溶剂(DES)处理，通过真空冷冻干燥制备出高压缩性和吸附性的3D结构木材，再将其置于氯化胆碱/氯化锌DES体系中经十六烷基三甲氧基硅烷(HTDMS)处理，得到具有优异油水分离能力的超疏水木材。本发明的特点是解决了以往以木材为基材构建吸附材料会造成环境污染，制备工艺复杂，生产成本高等问题。本发明操作简单，选用价格便宜且绿色环保的反应溶剂，反应条件温和，得到的超疏水木材耐久性好，对工业油，食用油和有机溶剂均有很好的吸附性，吸油倍率约为自身重量10倍，反应过程中脱除的产物可循环再利用，有利于工业化持续生产。

Description

一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法
技术领域
本发明涉及木材功能改性技术领域，具体涉及一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法。
背景技术
近年来，频繁发生的石油泄露事故和工业含油污水的违规排放给水体带来的污染日趋严重，对人体健康和海洋生态环境造成了巨大的危害。因此，发展从含油废水中快速、大量地收集和回收油类和有机污染物的方法成为当今世界亟待解决的环境问题。在众多的油水分离方法中，投放高性能的多孔吸附材料不仅可以快速吸附水体中的油污，还可以通过简单挤压实现油品回收和吸附材料的重复利用，是处理大面积含油污水的有效途径。理想的油水分离吸油材料需要满足吸油量大、油水选择性高、价格低廉、可生物降解、可回收利用、无二次污染等条件。
油水分离材料主要是指能够从水面上选择性大量吸附油渍、油污，还可回收溢油的粉末状、纤维状凝胶状或其集合体材料。目前吸油材料主要有天然吸油材料和合成吸油材料等。其中，合成吸油材料在其处置过程中会污染环境，如焚烧将会产生各种有害气体；若填埋，由于它们的不可生物降解性，会严重污染土壤以及地下水资源。因此天然吸油材料日趋占据主导地位，成为普遍关注的重点。
而木材是自然界中广泛使用的天然生物质材料，由于木材的特殊组成结构，使其在吸附材料研究领域表现出巨大的潜力，近年来越来越得到研究者的广泛关注。已有研究利用木材构建具有水油分离功能的多孔隙结构木材，但是所用的方法是氢氧化钠法和亚氯酸钠法，这两种方法都存在处理时间长、处理工艺难控制、需要进行污水处理，对环境会产生二次污染以及生产过后的剩余物难以再次利用等问题。
低共熔离子液体是由两种或多种成分组成的低共熔混合物，其合成原料均为很常见的化合物，来源丰富且价格低廉、易生物降解、无环境副作用，已成为绿色化学化工领域新的研究热点。因此利用低共熔离子液对天然木材进行改性处理，探寻一种反应温和，对环境友好，操作简单，且生产过程中产生的剩余物能够循环利用的水油分离材料的制备方法，对于天然水油分离材料的产业化生产具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的：为解决现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种利用天然木材资源构建具有优良水油分离能力材料的制备方法，其制造过程简单，反应温和，环境友好。以价格便宜且环境友好的低共熔溶剂(DES)体系替代以往反应剧烈易产生污水的氢氧化钠法和亚氯酸钠法，且脱除的木质素可以收集再循环利用，实现可持续产业化发展，在经济和环保两方面都具有重要意义。
本发明技术方案：将木材经过甘油/碳酸钾所组成的DES处理，再将制备出的3D结构木材在氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系中经十六烷基三甲氧基硅烷(HTDMS)改性处理。其反应机理为利用甘油/碳酸钾DES体系制备得到木材具有3D多孔结构，从而赋予其优异的吸附性。HDTMS可以发生水解反应生成的醇羟基与木材表面的羟基发生脱水缩合反应进而形成低表面能的硅氧烷；而氯化锌中Zn2+与木材表面的羟基反应生成ZnO附着在木材表面，进而形成二维有序的疏水薄膜层，得到超疏水木材。
一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取一定量甘油和碳酸钾，二者摩尔比为8∶1，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，得到DES体系；
步骤二、将木材样品浸泡在步骤一中所得DES体系，木材质量与DES溶液质量比为1∶10-1∶15，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，构建出3D结构木材；
步骤三、将步骤二中所得的3D结构木材样品放入冷冻干燥箱中进行冷冻干燥；
步骤四、称取一定量氯化胆碱和氯化锌，二者摩尔比为1∶2-1∶3，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，得到DES体系；
步骤五、将十六烷基三甲氧基硅烷与氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系按照一定比例配置成溶液；
步骤六、将步骤三中干燥后的3D结构木材浸泡在步骤五所配置的溶液中，在一定温度下水浴加热，并保持一段时间；
步骤七、将步骤六处理完的样品干燥，得到具有水油分离能力的3D结构木材。
进一步的，步骤一中，油浴加热温度为110-130℃，加热时间为2-4h。
进一步的，步骤二中，油浴加热温度为120±10℃，加热时间为10-15h。
进一步的，步骤三中，冷冻干燥温度为-58℃，干燥时间为24-30h。
进一步的，步骤四中，油浴加热温度为110-130℃，加热时间为1-3h。
进一步的，步骤五中，十六烷基三甲氧基硅烷与氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系质量比为3∶100。
进一步的，步骤六中，水浴加热温度为70-90℃，加热时间为1-2h。
进一步的，步骤七中，干燥时间为3-5h，干燥温度为103±2℃。
进一步的，采用所述的制备方法制备得到，所述木材的横切面的静态水接触角为150°-158°，滚动角小于10°。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)本发明操作方法简单，装置原料易得，成本低廉，可生物降解，处理周期短，能耗低，所有反应过程在24h内便可完成，便于工业化生产。
2)本发明所用的反应溶剂甘油/碳酸钾和氯化胆碱/氯化锌在处理结束后均可循环使用，从而节约生产成本，同时反应过程中产生的木质素也可收集后再利用，节约资源。
3)本发明利用甘油/碳酸钾DES体系制备出的3D结构木材孔隙分散均匀，孔隙率达到90％，平均孔径为150-250nm，对于工业油，食用油和有机溶剂都有很好的吸附性，其吸油倍率约为自身重量10倍。
4)本发明采用氯化胆碱/氯化锌DES体系结合HTDMS构建的天然水油分离材料具有超疏水性，其表面静态水接触角为150°-158°，滚动角小于10°，且超疏水稳定性和耐久性好。
附图说明
图1a是本发明的实施例1中巴沙木原木的横切面SEM图；
图1b是本发明的实施例1中经甘油/碳酸钾所组成的DES浸渍后巴沙木横切面SEM图；
图1c是本发明的实施例1中经氯化胆碱/氯化锌所组成的DES硅烷改性后木材横切面 SEM图；
图2a是本发明的实施例2中巴沙木原木的横切面SEM图；
图2b是本发明的实施例2中经甘油/碳酸钾所组成的DES浸渍后巴沙木横切面SEM图；
图2c是本发明的实施例2中经氯化胆碱/氯化锌所组成的DES硅烷改性后木材横切面 SEM图；
图3a是本发明的实施例3中巴沙木原木的横切面SEM图；
图3b是本发明的实施例3中经甘油/碳酸钾所组成的DES浸渍后巴沙木横切面SEM图；
图3c是本发明的实施例3中经氯化胆碱/氯化锌所组成的DES硅烷改性后木材横切面 SEM图；
图4是本发明的接触角测试图；
图5是本发明的压缩性测试图，其中a-c为压缩操作步骤图；
图6是本发明的油水分离能力测试图，其中a-d分别为吸附操作步骤图；
图7是本发明的有机溶剂与水分离能力测试图其中a-d分别为吸附操作步骤图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取一定量甘油和碳酸钾，二者摩尔比为8∶1，在110℃下油浴加热，并保持4h，得到DES体系；
步骤二、将木材样品浸泡在步骤一中所得DES体系，木材质量与DES溶液质量比为1∶10，在110℃油浴加热，并保持15h，构建出3D结构木材；
步骤三、将步骤二中所得的3D结构木材样品放入-58℃的冷冻干燥箱中冷冻干燥24h；
步骤四、称取一定量氯化胆碱和氯化锌，二者摩尔比为1∶2，在110℃下油浴加热，并保持3h，得到DES体系；
步骤五、将十六烷基三甲氧基硅烷与氯化胆碱/氯化锌质量比按照3∶100配置成溶液；
步骤六、将步骤三中干燥后的3D结构木材浸泡在步骤五所配置的溶液中，在70℃下水浴加热，并保持2h；
步骤七、将步骤六处理完的样品在101℃的烘箱中干燥3h，得到一种利用天然木材构建的水油分离材料。
步骤八、测定改性后木材表面的静态水接触角和滚动角，并对其做吸附能力进行测试。
图1为实施例1中由甘油/碳酸钾所组成的DES浸渍前后和硅烷改性处理前后木材横切面SEM图，由图1a清晰可见未处理前木材细胞壁表面光滑平整，除了木材切片时留下的刀痕，没有其他物质附着，细胞腔内无填充物；由图1b可以看到，经甘油/碳酸钾所组成的DES 体系浸渍后的木材细胞壁发生明显皱褶，原本紧密的细胞壁变为松散的层片状结构，光滑的细胞壁变得粗糙，产生大量微纳米孔；由图1c可见，经过硅烷浸渍处理后的木材细胞壁表面明显有颗粒物覆盖，且细胞腔内有填充物，结合红外光谱结果分析表明疏水性硅氧烷成功覆盖在木材细胞壁上，且部分填充细胞腔，从而赋予木材横切面超疏水特性。
实施例2
一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取一定量甘油和碳酸钾，二者摩尔比为8∶1，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，得到DES体系；
步骤二、将木材样品浸泡在步骤一中所得DES体系，木材质量与DES溶液质量比为1∶15，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，构建出3D结构木材；
步骤三、将步骤二中所得的3D结构木材样品放入冷冻干燥箱中进行冷冻干燥；
步骤四、称取一定量氯化胆碱和氯化锌，二者摩尔比为1∶2.5，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，得到DES体系；
步骤五、将十六烷基三甲氧基硅烷与氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系按照一定比例配置成溶液；
步骤六、将步骤三中干燥后的3D结构木材浸泡在步骤五所配置的溶液中，在一定温度下水浴加热，并保持一段时间；
步骤七、将步骤六处理完的样品干燥，得到具有水油分离能力的3D结构木材。
步骤七、测定改性后木材的横切面的接触角，并对其做吸油能力测试。
步骤一所述的加热温度为120℃，加热时间为3h。
步骤二所述的加热温度为120℃，加热时间为12h。
步骤三所述的冷冻干燥温度为-58℃，干燥时间为30h。
步骤四所述的加热温度为120℃，加热时间为2h。
步骤五中十六烷基三甲氧基硅烷和氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系质量比为3∶100。
步骤六中加热温度为80℃，加热时间为1.5h。
步骤七所述的干燥时间为5h，干燥温度为105℃。
图2为实施例2中由甘油/碳酸钾所组成的DES浸渍前后和硅烷改性处理前后木材横切面SEM图，由图2a清晰可见未处理前木材细胞壁表面光滑平整，除了木材切片时留下的刀痕，没有其他物质附着，细胞腔内无填充物；由图2b可以看到，经甘油/碳酸钾所组成的DES 浸渍后的木材细胞壁发生明显皱褶，原本紧密的细胞壁变为松散的层片状结构，光滑的细胞壁变得粗糙，产生大量微纳米孔；由图2c可见，经过硅烷浸渍处理后的木材细胞壁表面明显有颗粒物覆盖，且细胞腔内有填充物，结合红外光谱结果分析表明疏水性硅氧烷成功覆盖在木材细胞壁上，且部分填充细胞腔，从而赋予木材横切面超疏水特性。
实施例3
一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、称取一定量甘油和碳酸钾，二者摩尔比为8∶1，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，得到DES体系；
步骤二、将木材样品浸泡在步骤一中所得DES体系，木材质量与DES溶液质量比为1∶15，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，构建出3D结构木材；
步骤三、将步骤二中所得的3D结构木材样品放入冷冻干燥箱中进行冷冻干燥；
步骤四、称取一定量氯化胆碱和氯化锌，二者摩尔比为1∶3，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，得到DES体系；
步骤五、将十六烷基三甲氧基硅烷与氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系按照一定比例配置成溶液；
步骤六、将步骤三中干燥后的3D结构木材浸泡在步骤五所配置的溶液中，在一定温度下水浴加热，并保持一段时间；
步骤七、将步骤六处理完的样品干燥，得到具有水油分离能力的3D结构木材。
步骤七、测定改性后木材表面的静态水接触角，并对其做吸油能力测试。
步骤一所述的加热温度为130℃，加热时间为2h。
步骤二所述的加热温度为130℃，加热时间为10h。
步骤三所述的冷冻干燥温度为-58℃，干燥时间为27h。
步骤四所述的加热温度为130℃，加热时间为1h。
步骤五中十六烷基三甲氧基硅烷和氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系质量比为3∶100。
步骤六中加热温度为90℃，加热时间为1h。
步骤七所述的干燥时间为4h，干燥温度为103℃。
图3为实施例3中由甘油/碳酸钾所组成的DES浸渍前后和硅烷改性处理前后木材横切面SEM图，由图3a清晰可见未处理前木材细胞壁表面光滑平整，除了木材切片时留下的刀痕，没有其他物质附着，细胞腔内无填充物；由图3b可以看到，经甘油/碳酸钾所组成的DES 浸渍后的木材细胞壁发生明显皱褶，原本紧密的细胞壁变为松散的层片状结构，光滑的细胞壁变得粗糙，产生大量微纳米孔；由图3c可见，经过硅烷浸渍处理后的木材细胞壁表面明显有颗粒物覆盖，且细胞腔内有填充物，结合红外光谱结果分析表明疏水性硅氧烷成功覆盖在木材细胞壁上，且部分填充细胞腔，从而赋予木材横切面超疏水特性。
润湿性是描述液体与固体接触时的界面现象，通常用表面接触角的大小来表示。接触角是当液滴落在固体表面时，液滴并没有完全铺展开的而是与固体表面之间形成了一个角度，这个角度为接触角θ。我们可以做固-液-气三相的交界处的切线，此切线与固-液交界线的夹角来测量接触角。图4为木材样品经硅烷改性处理后水滴滴落在木材表面测定静态接触角的测试图，接触角测试结果表明，本发明能够成功制备得到静态接触角大于150°的超疏水木材。
压缩性能的测试：经DES体系处理后的巴沙木样品，用水浸泡10分钟后，利用200g的 M2级砝码对浸泡后的样品进行压缩性能测试，并拍摄测试过程。如图5所示，将完好的木快置于桌面上(图5a)，在砝码上施加一定的力对样品进行挤压，样品有明显形变(图5b)，撤去砝码后，木材恢复原形(图5c)。压缩性能测试结果表明：经过甘油/碳酸钾所组成的DES体系处理后的样品具有很强的机械压缩性能，并且能迅速恢复形变；样品的压缩率与DES溶液处理的时间有关，在110℃-130℃的条件下，时间越长，压缩量越大，弹性越好。
吸油能力的测试：本发明选用于进行吸附测试的油类为甲基硅油，色拉油和机油，选取一定量的样品浸泡在50mL油中10分钟，达到质量吸收平衡，然后挑出重量进行测量。记测试前后样品质量变化为Δg，质量增加率(Δg/g)，表示为每单位质量的干吸收剂(g)所吸收的溶剂或油的质量(Δg)，用来评价吸油能力，测量了至少三次重复来计算平均值。另外，当选用油的种类不同时，测出的吸油能力也不同。图6为水油分离能力的测试，将油红染色后的甲基硅油与水混合置于烧杯中(图6a)，将改性后的木块加入烧杯(图6b)，木块会选择性地吸附浮在水面上的油(图6c)，取出木块，留下干净的水(图6d)。图7是本发明的有机溶剂与水分离能力测试图，将油红染色后的二氯甲烷与水混合置于烧杯中(图7a)，将改性后的木块加入烧杯(图7b)，木块会选择性地吸附沉在水底的二氯甲烷(图7c)，取出木块，留下干净的水(图7d)。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、称取一定量甘油和碳酸钾，二者摩尔比为8∶1，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，得到DES体系；油浴加热温度为110-130℃，加热时间为2-4h；
步骤二、将木材样品浸泡在步骤一中所得DES体系，木材质量与DES体系质量比为1∶10-1∶15，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，构建3D结构木材；
步骤三、将步骤二中所得的3D结构木材样品放入真空冷冻干燥箱中进行干燥；
步骤四、称取一定量氯化胆碱和氯化锌，二者摩尔比为1∶2-1∶3，在一定温度下油浴加热，并保持一段时间，得到DES体系；
步骤五、将十六烷基三甲氧基硅烷与氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系按照一定质量比配置成溶液；十六烷基三甲氧基硅烷与氯化胆碱/氯化锌所组成的DES体系质量比3∶100；
步骤六、将步骤三中干燥后的3D结构木材浸泡在步骤五所配置的溶液中，在一定温度下水浴加热，并保持一段时间；
步骤七、将步骤六处理完的样品干燥，得到具有水油分离能力的3D结构木材。
2.根据权利要求1所述的一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，油浴加热温度为120±10℃，加热时间为10-15h。
3.根据权利要求1所述的一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，冷冻干燥温度为-58℃，真空度为20Pa，干燥时间为24-30h。
4.根据权利要求1所述的一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，油浴加热温度为110-130℃，加热时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，其特征在于，步骤六中，水浴加热温度为70-90℃，加热时间为1-2h。
6.根据权利要求1所述的一种利用天然木材构建水油分离材料的制备方法，其特征在于，步骤七中，干燥时间为3-5h，干燥温度为103±2℃。
7.一种利用天然木材构建水油分离材料，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到，所述3D结构木材表面的静态水接触角为150°-158°，滚动角小于10°，对于工业油，食用油和有机溶剂都有很好的吸附性，其吸油倍率约为自身重量10倍，且随吸收液密度不同而略有变化。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104178527A (zh) * 2014-07-09 2014-12-03 东华大学 一种低共熔溶剂热解纤维素原料的方法
CN105056901A (zh) * 2015-07-31 2015-11-18 东北林业大学 一种以秸秆为原料的超疏水超亲油吸附剂及其制备方法
CN105599077A (zh) * 2015-12-18 2016-05-25 中国林业科学研究院木材工业研究所 一种基于溶凝胶法制备超疏水木材的方法
CN109485041A (zh) * 2018-11-27 2019-03-19 南京林业大学 一种低共熔离子液作为造孔剂制备多孔碳的方法
CN109483677A (zh) * 2018-12-06 2019-03-19 南京林业大学 一种具有高耐磨性的超疏水木材的制备方法、装置及产品

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104178527A (zh) * 2014-07-09 2014-12-03 东华大学 一种低共熔溶剂热解纤维素原料的方法
CN105056901A (zh) * 2015-07-31 2015-11-18 东北林业大学 一种以秸秆为原料的超疏水超亲油吸附剂及其制备方法
CN105599077A (zh) * 2015-12-18 2016-05-25 中国林业科学研究院木材工业研究所 一种基于溶凝胶法制备超疏水木材的方法
CN109485041A (zh) * 2018-11-27 2019-03-19 南京林业大学 一种低共熔离子液作为造孔剂制备多孔碳的方法
CN109483677A (zh) * 2018-12-06 2019-03-19 南京林业大学 一种具有高耐磨性的超疏水木材的制备方法、装置及产品

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Evaluation of fractionation and delignification efficiencies of deep eutectic solvents on oil palm empty fruit bunch";Yee Tong Tan等;《INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS》;20180706;第123卷;第271-277页 *
"Highly Compressible Wood Sponges with a Spring-like Lamellar Structure as Effective and Reusable Oil Absorbents";Hao Guan等;《ACS Nano》;20181001;第12卷(第10期);第10365-10373页 *
"Zinc-based deep eutectic solvent-mediated hydroxylation and demethoxylation of lignin for the production of wood adhesive";Shu Hong等;《RSC ADVANCES》;20160914;第6卷(第92期);第89599-89608页 *

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