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一种用于油水分离的超疏水-超亲油稻草毡的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于油水分离的超疏水‑超亲油稻草毡的制备方法，其主要制备步骤包括：一、将稻草秸秆铡至特定长度，浸泡于氢氧化钠水溶液中处理，捞出后水洗至中性；二、将其压入特定形状模具，干燥成型；三、以硬脂酰氯为溶质、以1,4‑无水二氧六环为溶剂，混合成低表面能溶液，将成型后稻草浸泡至该溶液中低表面能化处理，取出干燥；四、将低表面能化处理后的稻草放入与其形状一致的弹性多孔棉制包装袋，形成超疏水‑超亲油稻草毡。本发明产品成本较低，且强度较高，不易被风浪打散，在海洋溢油清理、工业废水处理等领域具有良好应用前景。

Description

一种用于油水分离的超疏水-超亲油稻草毡的制备方法
技术领域
本发明涉及一种可用于油水分离的超疏水-超亲油稻草毡的制备方法。
背景技术
工业含油废水排放以及石油开采、运输过程中的溢油事故常引起生态污染并造成严重的经济损失。商业聚合物吸油毡因具有清洁、轻便等优点常被用于清理、围堵泄漏的油污，然而这些聚合物吸油毡存在吸附能力低、选择性差(除了吸油还吸水)及难以重复使用等缺点。近些年，只吸油不吸水的超疏水-超亲油吸油材料得到了越来越多的关注。专利CN105107468A将辛基三乙氧基硅烷修饰的纳米氧化锌粒子吸附至覆有二氧化硅粒子的秸秆纤维上制备了超疏水-超亲油秸秆纤维。专利CN104741092B将十七氟癸基三乙氧基硅烷修饰的二氧化硅颗粒吸附至秸秆粉末制备了超疏水-超亲油秸秆。专利CN105056901B将十六烷基三甲基硅烷修饰的氧化锌颗粒吸附至秸秆表面获得了超疏水-超亲油秸秆。专利CN106732463A将聚氨酯胶和纳米二氧化硅吸附至丝瓜络纤维上获得了超疏水-超亲水丝瓜络。但上述方法因下列原因难以实际应用：(1)尽管依靠纳米颗粒的附着可有效构建超疏水-超亲油性所需的粗糙结构，但该结构在实际使用时极易剥落，造成超疏水-超亲油性的失效；(2)硅烷价格较高，大量使用时成本较大；(3)风浪条件下易打散超疏水-超亲油秸秆纤维，打散后不易收集，反而会造成二次污染。为解决上述问题，本专利提出了一种新的、可用于油水分离的超疏水-超亲油稻草毡以及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉且可实际应用于油水分离领域的超疏水-超亲油稻草毡及其制备方法，主要制备步骤如下：
(1)微纳米粗糙化处理：将稻草秸秆铡至长度为5mm～5cm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为10％～15％的氢氧化钠水溶液中20min～60min，浸泡过程伴随搅拌，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)成型处理：将微纳米粗糙化的稻草秸秆压入特定形状模具，在40℃～60℃条件下干燥成型；所述形状包含圆柱形、圆饼形、方柱形、方块形等；
(3)低表面能化处理：将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:20～1:5混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中20min～60min,然后捞出，并在60℃～80℃条件下干燥；
(4)包装处理：将低表面能化处理后的稻草放入弹性多孔棉制包装袋中形成超疏水-超亲油稻草毡；所述弹性多孔棉制包装袋的形状与成型后的稻草形状一致；所述弹性多孔棉制包装袋的孔径约为50μm～500μm。
本发明的有益效果：
(1)本发明所制备的超疏水稻草毡对水的接触角超过155°，对原油、柴油等的接触角均为0°，且油滴于0.1s内即于表面迅速铺展，呈现良好的超疏水性和超亲油性，可实现高效油水分离；
(2)本发明直接在稻草秸秆表面构建超疏水-超亲油性所需的粗糙结构，因此强度较高，耐久性好；
(3)本发明采用弹性多孔棉制包装袋包裹稻草，使得超疏水-超亲油稻草毡在风浪条件下不易被打散，不会造成二次污染。
(4)本发明应用农业废料稻草实现油水分离，不仅原料成本低廉、来源广泛，而且解决了稻草处理及回收困难的问题，有效缓解了焚烧稻草造成的环境污染；
(5)本发明不使用昂贵的化学试剂，成本较低。
附图说明
图1是水滴和油滴在超疏水-超亲油稻草毡上的静态数码照片。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
(1)取几根稻草秸秆，铡至长度为10mm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为10％的氢氧化钠水溶液中50min，浸泡过程中搅拌速度为600r/min，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)将处理后的稻草秸秆压入圆饼形模具，在60℃下干燥成型；
(3)将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:20混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中30min,然后捞出，并在80℃下干燥，干燥后得到的稻草呈圆饼状，对水的接触角为155±1.8°，对油的接触角为0°，如图1所示。
(4)将低表面能化处理后的稻草放入孔径为100μm的圆饼形弹性多孔棉制包装袋中，即可得到超疏水-超亲油稻草毡。
实施例2
(1)取几根稻草秸秆，铡至长度为30mm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为15％的氢氧化钠水溶液中20min，浸泡过程中搅拌速度为500r/min，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)将处理后的稻草秸秆压入圆柱形模具，在50℃下干燥成型；
(3)将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:10混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中30min,然后捞出，并在70℃下干燥，干燥后得到的稻草呈圆柱状，对水的接触角为156±1.2°，对油的接触角为0°。
(4)将低表面能化处理后的稻草放入孔径为200μm的圆柱形弹性多孔棉制包装袋中，即可得到超疏水-超亲油稻草毡。
实施例3
(1)取几根稻草秸秆，铡至长度为20mm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为12％的氢氧化钠水溶液中40min，浸泡过程中搅拌速度为800r/min，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)将处理后的稻草秸秆压入方块形模具，在40℃下干燥成型；
(3)将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:5混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中20min,然后捞出，并在60℃下干燥，干燥后得到的稻草呈方块状，对水的接触角为154±0.9°，对油的接触角为0°。
(4)将低表面能化处理后的稻草放入孔径为300μm的方块形弹性多孔棉制包装袋中，即可得到超疏水-超亲油稻草毡。
实施例4
(1)取几根稻草秸秆，铡至长度为50mm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为15％的氢氧化钠水溶液中60min，浸泡过程中搅拌速度为800r/min，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)将处理后的稻草秸秆压入方块形模具，在60℃下干燥成型；
(3)将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:5混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中40min,然后捞出，并在80℃下干燥，干燥后得到的稻草呈方块状，对水的接触角为156±1.5°，对油的接触角为0°。
(4)将低表面能化处理后的稻草放入孔径为80μm的方块形弹性多孔棉制包装袋中，即可得到超疏水-超亲油稻草毡。
实施例5
(1)取几根稻草秸秆，铡至长度为5mm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为10％的氢氧化钠水溶液中20min，浸泡过程中搅拌速度为500r/min，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)将处理后的稻草秸秆压入方柱形模具，在45℃下干燥成型；
(3)将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:15混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中30min,然后捞出，并在60℃下干燥，干燥后得到的稻草呈方柱状，对水的接触角为155±1.7°，对油的接触角为0°。
(4)将低表面能化处理后的稻草放入孔径为50μm的方柱形弹性多孔棉制包装袋中，即可得到超疏水-超亲油稻草毡。
实施例6
(1)取几根稻草秸秆，铡至长度为25mm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为10％的氢氧化钠水溶液中60min，浸泡过程中搅拌速度为300r/min，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)将处理后的稻草秸秆压入圆饼形模具，在60℃下干燥成型；
(3)将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:20混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中60min,然后捞出，并在60℃下干燥，干燥后得到的稻草呈圆饼状，对水的接触角为157±2.1°，对油的接触角为0°。
(4)将低表面能化处理后的稻草放入孔径为500μm的圆饼形弹性多孔棉制包装袋中，即可得到超疏水-超亲油稻草毡。
实施例7
(1)取几根稻草秸秆，铡至长度为15mm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为14％的氢氧化钠水溶液中30min，浸泡过程中搅拌速度为500r/min，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)将处理后的稻草秸秆压入方柱形模具，在50℃下干燥成型；
(3)将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:12混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中40min,然后捞出，并在70℃下干燥，干燥后得到的稻草呈方柱状，对水的接触角为155±1.1°，对油的接触角为0°。
(4)将低表面能化处理后的稻草放入孔径为200μm的方柱形弹性多孔棉制包装袋中，即可得到超疏水-超亲油稻草毡。
实施例8
(1)取几根稻草秸秆，铡至长度为40mm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为11％的氢氧化钠水溶液中40min，浸泡过程中搅拌速度为800r/min，然后捞出，并用水冲洗至中性；
(2)将处理后的稻草秸秆压入圆柱形模具，在55℃下干燥成型；
(3)将硬脂酰氯、1,4-无水二氧六环以体积比为1:16混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中50min,然后捞出，并在80℃下干燥，干燥后得到的稻草呈圆柱状，对水的接触角为154±1.6°，对油的接触角为0°。
(4)将低表面能化处理后的稻草放入孔径为150μm的圆柱形弹性多孔棉制包装袋中，即可得到超疏水-超亲油稻草毡。

Claims (5)

1.一种用于油水分离的超疏水-超亲油稻草毡的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）微纳米粗糙化处理：将稻草秸秆铡至长度为5 mm～5 cm，再浸泡至温度为80℃、质量分数为10%～15%的氢氧化钠水溶液中20 min～60 min，浸泡过程伴随搅拌，然后捞出，并用水冲洗至中性；
（2）成型处理：将微纳米粗糙化的稻草秸秆压入模具中，在40℃～60℃条件下干燥成型；
（3）低表面能化处理：将硬脂酰氯和1,4-无水二氧六环以体积比为1:20～1:5混合成低表面能溶液，再将成型后的稻草浸泡至该低表面能溶液中20 min～60 min，然后捞出，并在60℃～80℃条件下干燥；
（4）包装处理：将低表面能化处理后的稻草放入弹性多孔棉制包装袋中形成超疏水-超亲油稻草毡。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述弹性多孔棉制包装袋的形状与成型后的稻草形状一致。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述弹性多孔棉制包装袋的孔径为50μm～500 μm。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述模具的形状包含圆柱形、圆饼形、方柱形和方块形。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述模具的形状包含圆柱形、圆饼形、方柱形和方块形。
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