CN114854039A - 一种超疏水的木质纤维吸油材料、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新型天然高分子生物质吸油材料领域，公开了一种超疏水的木质纤维吸油材料、制备方法及其应用，该方法包括如下步骤：(1)将改性剂、催化剂分散于溶剂中，调节pH后得到改性剂溶液；(2)向步骤(1)中的改性剂溶液中加入木质纤维，使木质纤维完全浸没，然后搅拌均匀后取出；(3)将步骤(2)中处理后的木质纤维里的溶液挤出，干燥后得到超疏水的木质纤维吸油材料。本发明采用简单浸泡法，利用改性剂的低表面能以及木质纤维疏松多孔的三维结构来制备一种疏水亲油的吸油材料。此外这种吸油材料工艺简单，生产成本低，容易实现工业化，可广泛在海洋防污、污水处理等领域中应用。

Description

一种超疏水的木质纤维吸油材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及天然高分子生物质材料领域，具体涉及一种超疏水的木质纤维吸油材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，海上原油泄漏事故日益增多，以及各种含油废水的排放，给环境带来了巨大的威胁，使得油污染问题越来越严重，成为了亟须解决的全球性环境问题，因此疏水改性的吸油材料在海洋原油污染、含油废水处理等领域具有广阔的应用前景。这类材料具有疏松多孔的结构以及高粗糙度的表面使得其在对原油吸附的过程中能快速的达到吸附平衡，同时由于其具有疏水的特性，便可实现吸油不吸水，使得其在含油废水、海洋防污等各种油水分离的领域具有特别大的应用前景。然而，从目前来看，现有的超疏水改性材料的制备条件复杂且在工艺上存在着如何大规模的应用以及材料成本等问题，制约着该类材料的发展和应用。因此提出一种简单疏水改性便可实现吸油不吸水且原料价格低廉的材料，亟待解决。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种超疏水的木质纤维吸油材料及其制备方法和应用。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性剂、催化剂分散于溶剂中，调节pH后得到改性剂溶液；
(2)向步骤(1)中的改性剂溶液中加入木质纤维，使木质纤维完全浸没，然后搅拌均匀后取出；
(3)将步骤(2)中处理后的木质纤维里的溶液挤出，干燥后得到超疏水的木质纤维吸油材料。
优选地，步骤(1)中，所述改性剂为石蜡和/或硅烷偶联剂。
优选地，所述硅烷偶联剂为3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、(3-巯丙基)三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷的一种或多种混合。
优选地，步骤(2)中，所述木质纤维为秸秆、竹子、木屑、芦苇、稻草或玉米秆的一种或多种混合物。
优选地，步骤(1)中，所述pH调节范围为3～5。
优选地，步骤(1)中，所述木质纤维与所述改性剂质量比为1～5：0.5～10；
优选地，步骤(1)中，所述改性剂的添加量占总体改性剂溶液的0.1～5％。
优选地，步骤(1)中，所述催化剂的添加量占总体改性剂溶液的0.1～5％。
优选地，步骤(1)中，所述催化剂为弱酸，包括乙酸、乳酸、草酸、硼酸中的一种；所述溶剂为正己烷、乙醇和水中的一种或多种混合。
优选地，步骤(2)中，所述搅拌时间为0～5h；搅拌温度为10～50℃。
优选地，步骤(3)中，所述干燥温度为50～120℃。
第二方面，本发明提供一种超疏水的木质纤维吸油材料，采用上述制备方法制备得到。
第三方面，本发明提供一种超疏水的木质纤维吸油材料在具有疏水吸油、油污处理以及油水分离功能材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明超疏水的木质纤维吸油材料中使用的主体材料为木质纤维，其是一种可再生的天然高分子生物质材料，具有可降解、产量大、环保等特点。
(2)本发明超疏水的木质纤维吸油材料具有优异的吸油的性能。
(3)本发明超疏水的木质纤维吸油材料具有优异的超疏水性能。
(4)本发明超疏水的木质纤维吸油材料制备方法简单，能耗低，适用于工业化生产。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明超疏水的木质纤维吸油材料的制备流程简图。
图2为本发明实施例1制备的超疏水的木质纤维吸油材料与水的接触角图。
图3为本发明实施例1制备的超疏水的木质纤维吸油材料的原油吸附过程展示图。
图4为本发明实施例1制备的超疏水的木质纤维吸油材料的泵油吸附过程展示图。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
本发明的超疏水的木质纤维吸油材料由木质纤维、改性剂、催化剂制成，各原料所用具体物质以及用量详见表1～4。
结合以下附图及实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十八烷基三氯硅烷、乙酸分散于乙醇和水的混合溶剂中，调节pH为3～5后得到溶质质量分数为4％的改性剂溶液；
(2)向步骤(1)中的改性剂溶液中加入木质纤维，木质纤维与所述改性剂质量比为2：1，使木质纤维完全浸没，然后搅拌均匀后取出；
(3)将步骤(2)中处理后的木质纤维里的溶液挤出，80℃下烘干4h，得到超疏水的木质纤维吸油材料。
具体原料以及条件如表1所示：
表1实施例1超疏水的木质纤维吸油材料原料组成
Figure BDA0003651228620000031
本发明实施例该提供该超疏水的木质纤维吸油材料在具有疏水吸油、油污处理以及油水分离功能材料中的应用。
本发明实施例采用的木质纤维作为一种天然的高分子聚合物，储量大，来源广，具有可再生可回收的特点，可作为一种生物质吸油的理想平台材料。木质纤维的结构单元是苯丙烷，各种结构单元之间通过碳碳键和醚键相互连接形成了具有三维网络状结构的高分子聚合物，并且其疏松多孔的分子结构上含有丰富的酚羟基、醇羟基、碳碳双键等活性基团，因此可以对木质纤维进行各种接枝共聚改性，这为木质纤维的疏水改性提供了条件。因此本发明通过简单疏水改性来构建一种低成本可再生的吸油材料在油污处理的应用中将极具研究和发展前景。
实施例2
一种超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十八烷基三氯硅烷、乙酸分散于乙醇和水的混合溶剂中，调节pH为3～5后得到溶质质量分数为4％的改性剂溶液；
(2)向步骤(1)中的改性剂溶液中加入木质纤维，木质纤维与所述改性剂质量比为2：1，使木质纤维完全浸没，然后搅拌均匀后取出；
(3)将步骤(2)中处理后的木质纤维里的溶液挤出，80℃下烘干4h，得到超疏水的木质纤维吸油材料。
具体原料以及条件如表2所示：
表2实施例2超疏水的木质纤维吸油材料原料组成
Figure BDA0003651228620000041
实施例3
一种超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十八烷基三氯硅烷、乙酸分散于乙醇和水的混合溶剂中，调节pH为3～5后得到溶质质量分数为4％的改性剂溶液；
(2)向步骤(1)中的改性剂溶液中加入木质纤维，木质纤维与所述改性剂质量比为2：1，使木质纤维完全浸没，然后搅拌均匀后取出；
(3)将步骤(2)中处理后的木质纤维里的溶液挤出，80℃下烘干4h，得到超疏水的木质纤维吸油材料。
具体原料以及条件如表3所示：
表3实施例3超疏水的木质纤维吸油材料原料组成
Figure BDA0003651228620000042
Figure BDA0003651228620000051
实施例4
一种超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将十八烷基三氯硅烷、乙酸分散于乙醇和水的混合溶剂中，调节pH为3～5后得到溶质质量分数为4％的改性剂溶液；
(2)向步骤(1)中的改性剂溶液中加入木质纤维，木质纤维与所述改性剂质量比为2：1，使木质纤维完全浸没，然后搅拌均匀后取出；
(3)将步骤(2)中处理后的木质纤维里的溶液挤出，80℃下烘干4h，得到超疏水的木质纤维吸油材料。
具体原料以及条件如表4所示：
表4实施例4超疏水的木质纤维吸油材料原料组成
Figure BDA0003651228620000052
本发明还针对实施例制备的材料进行实验和检测，结果如下：
实施例1是按照表1配比将改性剂、催化剂、溶剂加入烧杯，混合均匀，通过催化剂弱酸调节pH。其中改性剂优选为十八烷基三氯硅烷，为探究不同改性剂对木质纤维吸油和疏水性能的影响，作为对比，表1和3分别添加十八烷基三氯硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷，制成吸油材料。为探究搅拌时间的对性能的影响，其中改性剂优选为十八烷基三氯硅烷，作为对比，表2的搅拌时间为1h，制成材料。为探究不同催化剂对性能的影响，表1和表4分别采用乙酸和草酸作为对比，其中催化剂的用量优选为2％，结果能够证明，实施例1制备的木质纤维吸油材料具有更好的疏水性。
本发明实施例1中，按照表1配比将改性剂、催化剂、溶剂加入烧杯，混合均匀，通过催化剂弱酸调节pH，其中改性剂优选为十八烷基三氯硅烷。
图1为本发明超疏水的木质纤维吸油材料制备流程简图；
图2是实施例1水接触角测试，接触角所需测试液体为2μL，通过测试结果可以得出，吸油材料的水接触角大于150°，具有超疏水的性能。
图3和图4为实施例1的原油和泵油的吸附过程展示图。从图中可看出，水面上漂浮着散落的油滴，将改性木质纤维放置于油滴上，通过对油滴的吸附，能够快速的将水面上的油滴清理干净，表现出了优秀的油吸附性能，同时还能看到改性木质纤维在水面长时间漂浮，表现出优秀的疏水性能。
选取实施例1制得的超疏水木质纤维吸油材料均匀的平铺与载玻片上，并测量各种水及油的接触角，测试结果如表5所示。
表5实施例1超疏水的木质纤维吸油材料接触角测试结果
水 正己烷 十六烷 甲苯 泵油 原油
接触角° 151.4 ≈0 ≈0 ≈0 ≈0 ≈0
通过表5可以得出，实施例一制得得改性木质纤维具有超疏水性能，且对各种油都是瞬间渗透的，接触角约等于0°，说明同时具有良好的亲油性能。
本发明采用简单浸泡法，利用改性剂的低表面能以及木质纤维疏松多孔的三维结构来制备一种疏水亲油的吸油材料。木质纤维一种可再生的天然高分子生物质材料，具有可降解、产量大、环保等特点。此外这种吸油材料工艺简单，生产成本低，容易实现工业化，可广泛在海洋防污、污水处理等领域中应用。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将改性剂、催化剂分散于溶剂中，调节pH后得到改性剂溶液；
(2)向步骤(1)中的改性剂溶液中加入木质纤维，使木质纤维完全浸没，然后搅拌均匀后取出；
(3)将步骤(2)中处理后的木质纤维里的溶液挤出，干燥后得到超疏水的木质纤维吸油材料。
2.根据权利要求1所述的超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述改性剂为石蜡和/或硅烷偶联剂。
3.根据权利要求2所述的超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、(3-巯丙基)三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷的一种或多种混合。
4.根据权利要求1所述的超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述木质纤维为秸秆、竹子、木屑、芦苇、稻草或玉米秆的一种或多种混合物。
5.根据权利要求1所述的超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述pH调节范围为3～5；所述木质纤维与所述改性剂质量比为1～5：0.5～10；所述改性剂溶液的质量分数为5～15％；所述催化剂的添加量占总体改性剂溶液的0.1～5％。
6.根据权利要求1所述的超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述催化剂为弱酸，包括乙酸、乳酸、草酸、硼酸中的一种；所述溶剂为正己烷、乙醇和水中的一种或多种混合。
7.根据权利要求1所述的超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌时间为0～5h；搅拌温度为10～50℃。
8.根据权利要求1所述的超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥温度为50～120℃。
9.一种超疏水的木质纤维吸油材料，其特征在于，采用权利要求1-8任意之一所述的超疏水的木质纤维吸油材料的制备方法制备得到。
10.一种权利要求9所述的超疏水的木质纤维吸油材料，在具有疏水吸油、油污处理以及油水分离功能材料中的应用。
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