CN114984920A - 用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法 - Google Patents

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Abstract

用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法，包括以下步骤：将丝瓜络切成长方体块状置于70％的乙醇溶液中，在50℃下超声处理20min共2次，然后水洗并烘干，向无水乙醇中加入棕榈酸固体，在70℃下边加热边搅拌直至形成透明的棕榈酸溶液，棕榈酸溶液浓度为2％～4％；在50℃的条件下，将经处理后的丝瓜络放入棕榈酸溶液中处理4‑6h，处理后取出放入恒温鼓风干燥箱中干燥，即可得到目标样品。通过该方法制备出的疏水丝瓜络是良好的生物质油水分离材料，其原料来源丰富，而且具有可再生和降解性，制备方法也简单高效。

Description

用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法
技术领域
本发明涉及用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法。
背景技术
水污染是指由于某些有害物质的干扰，使水体发生化学、物理、生物、放射性等变化，从而影响水资源的有效利用，对人类的身体和生态环境产生损害。
水污染的来源主要有三类：工业、农业、生活三大类。其中，工业污水是水体的主要污染源，污染物排放量大，持续时间长，排放面积广，污染物组成复杂，难以进行有效的净化处理。石油是工业污水中普遍存在的一种污染物，它们排放到江河、大海，对环境产生了极大的影响。
在工业生产中，含油废水中所含的油成分主要为天然石油、焦油及其分馏物、食用动植物油等，而石油、焦油则是对水造成污染的主要物质。含油废水是由多种因素造成的，除原油采掘、加工工业产生的大量原油废水，还有如固体燃料、纺织、轻工业、铁路、交通运输业、食品加工、机械行业的乳化废水等。另外，在人类的日常生活的排污中，油类和油脂也占了十分之一。
石油在污水中的主要分布状态有浮油、乳化油、溶解油三种。
(1)浮油：含油废水在静止放置一段时间后，水面上会形成一层油膜，这种物质就是浮油，它是含油废水的主要成分，容易存在于废水的表面，且油珠的半径较大。
(2)乳化油：乳化油是指含油废水中长期静置也难以从废水中分离出来、必须先经过破乳处理转化为浮油然后才能加以分离的油类物质。乳化油的油珠粒径较小，这种状态的油类物质由于油滴表面有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍了油滴合并。
(3)溶解油：在污水中以分子形式溶于水的油，被称作溶解油。溶于水中的油珠颗粒小于乳化油，有些甚至只有数毫微米，是一种可以溶于水中的油粒。
石油污染对环境造成了极大的威胁：(1)对土壤的影响：石油进入土壤后，会破坏土壤结构，减小土壤的入渗能力，破坏土壤的有机成分和结构，进而降低土壤品质。土壤颗粒会吸附石油类物质，变得很难溶于水，渗透性下降。石油中的多环芳烃含有致癌性和致畸性，会在植物和动物体内慢慢累加，对人类健康带来危害。(2)对海洋的影响：当石油流入大海时，会产生大量的有毒物质，比如苯和甲苯，这些物质会通过食物进入食物链，在动植物体内积累，从而导致人体苯类物质富集，人体或动物长期食用会出现呕吐、胃痛、头晕、抽搐、心率加快等不良反应。严重时，可造成人和动物的死亡。(3)对大气环境的影响：在阳光下，挥发性油类有机物与其他有害气体接触，会产生理化作用；或者是燃烧生成的化学物质，形成致癌物质，产生温室效应，从而危害臭氧层。
污水处理是指将废水排放至特定的水体或重新利用所需的水质而进行的净化。废水处理技术在建筑、农牧业、运输、能源、化工、环境保护、医疗等很多方面都存在着广泛的应用。根据水污染的性质，有天然污染，和人为因素，目前对水资源污染最严重的是人为因素。
废水的处理一般有三种：生物法、化学法、物理法。
(1)生物法是利用微生物，将水中的化合物氧化分解，形成稳定的无机化合物，以此方法净化废水。
(2)化学法是指通过发生反应的方法，对溶解物质或胶状物质进行净化除杂，主要用来净化工业生产生成的废水。
(3)物理法就是把水中的不溶污染物质从水中分离出来，使其在不发生化学变化的情况下进行分离。
但是对于含油废水的处理一般采用浮选、过滤、絮凝等方法[5]。因为浮油和溶解油容易处理，而乳化油的分离则相对困难，所以乳化油废水的处理主要使用：(1)盐析法，此方法的原理是将油颗粒在表面界面上的双层电层的厚度压缩，从而达到稳定的目的。这种方法对于表面稳定的乳化油处理效果较差，不过这种方法实施起来比较方便，而且花费很少，所以使用更加普遍。 (2)吸附法就是采用特定的吸附活性剂，对污水中的目标有机物进行吸附，这种方法的效率比较高，吸附效果也很好。如使用超疏水超亲油材料就可以选择性地将废水表面的油污吸收。(3)膜分离法就是是指通过膜的选择性渗透而实现分离和净化的技术。(4)絮凝剂除油方法就是使用絮凝剂，通过物理或化学方法，将难以分离的带电粒子从水中分离出来。但是成本比较高，而且会产生污泥等物质，带来其他污染问题，所以常用作辅助方法。(5)浮选法：空气微气泡是由具有疏水性的油的非极性分子所构成，并随油颗粒一同漂浮。
特别地，对海上泄漏石油的处理有三种方法：(1)物理法，使用抽油机，水栅等机械方法对海上的石油进行收集回收。虽然这种方法不够先进，但是大多数机械如吊杆等在海面的工作效率都比较高，性能也非常好。(2)化学方法如分散剂和清除剂，此种方法对于处理恶劣条件下，比如处理深水区的石油有很大的优势，通过分散剂将大片的油污分解成为小液滴，有利于在深水区中快速降解分解。(3)生物方法则是使用细菌等微生物细胞，海洋中许多微生物已经进化出了分解烷烃、环芳烃等物质的能力，它们的存在对海面上的石油降解有着非常重要的影响。
近年来人类活动及工业发展造成了水体污染，因此寻求快捷、经济、有效去除水面油污的材料及油水分离技术是现在的研究重点。传统的物理吸附方法虽然操作方便，处理量大，但是油水分离效率普遍较低而且对油水混合物的选择性较差。疏水/亲油多孔材料对油和水具有选择性吸附，因此在油水混合物的吸附及分离方面具有广泛的应用前景。目前的研究大多集中在高分子合成多孔吸油材料上，如低密度的空间多孔气凝胶、改性海绵体及金属泡沫等，虽然这些材料具有较好的油水分离性能，但它们在自然环境中难以降解制备成本较高，所以使用后的处理和工业化生产都存在问题。因此开发高效、低成本、环境友好的生物质油水分离材料具有重要意义。
丝瓜络是农业废弃资源，丝瓜络纤维素含量接近50％，其他成分主要为果胶、半纤维素及木质素，纤维表面蜡质含量高达9.73％，具有天然的亲水亲油性，同时纤维的天然网络结构及碱处理后表面积增加都会提高其吸附性。近年来石油泄露及工业含油污水导致的水体污染对生态环境造成了严重破坏，有效收集水面污油及油水分离技术是当下研究热点，采用传统吸附材料如活性炭、粘土、木材对油类进行吸附处理是一种有效的油水分离方法，但是存在吸油的同时也吸水的缺点即对油水选择性较差。疏水/亲油多孔材料对油、水具有选择性吸附，因此在油水混合物的吸附及分离方面具有广泛的应用前景。目前的研究大多集中在高分子合成多孔吸油材料上，如低密度的空间多孔气凝胶、改性海绵体及金属泡沫等，虽然这些材料具有良好的油水分离性能，但制备成本高、自然降解差，难以工业化生产应用。因此开发成本低廉、绿色、高效的生物质油水分离材料具有重要研究意义，丝瓜络是廉价的植物资源，其可再生性、可降解性及天然孔洞结构，是作为生物质多孔吸油材料的固有优势。
有人用天然丝瓜络为载体，采用硅烷偶联剂分散的纳米二氧化硅和MQ 硅树脂配制的疏水液对其浸渍，制备出具有疏水/亲油性能的丝瓜络，但是这种方法成本高、工艺复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法，通过该方法制备出的疏水丝瓜络是良好的生物质油水分离材料，其原料来源丰富，而且具有可再生和降解性，制备方法也简单高效。
为解决上述技术问题，本发明提供了用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法，包括以下步骤：
(1)将丝瓜络切成长方体块状置于70％的乙醇溶液中，在50℃下超声处理2次，每次超声处理时间为20min，取出后水洗并烘干；
(2)向无水乙醇中加入棕榈酸固体，在70℃下边加热边搅拌直至形成透明的棕榈酸溶液，棕榈酸溶液浓度为2％～4％；
(3)在50℃的条件下，将经步骤(1)处理后的丝瓜络放入棕榈酸溶液中处理4-6h，处理后取出放入恒温鼓风干燥箱中干燥，即可得到目标样品。
作为优选的，所述的步骤(1)中烘干条件为在80℃的恒温鼓风干燥箱中烘干30min。
本发明的优点：本发明制备方法简单，原料易得，其中主要原料丝瓜络和棕榈酸是丰富、可再生、环保和低成本的材料。制造过程非常简单、成本低且可扩展。它不需要特殊的基础设施或限制性的操作条件。这些丝瓜络具有良好的吸油能力和可重复使用性，通过该方法制备出的疏水丝瓜络是良好的生物质吸附基材。实验证明通过本发明制备的丝瓜络可以去除高达99％的油，使水保持清洁。丝瓜络的设计考虑了循环经济原则，通过使用简单的水和肥皂清洁过程，丝瓜络可以回收或再生。
附图说明
图1是丝瓜络的电镜图片。
图2是预处理前后的丝瓜络的红外光谱图。
图3是功能化处理前后的丝瓜络以及棕榈酸的红外光谱图。
图4是不同溶液浓度处理后丝瓜络的电镜图片。
图5是不同浸渍时间处理后丝瓜络的电镜图片。
具体实施方式
实施例一：
用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法，包括以下步骤：
(1)将丝瓜络切成长方体块状置于70％的乙醇溶液中，在50℃下超声处理2次，每次超声处理时间为20min，取出后水洗并烘干，烘干条件为在80℃的恒温鼓风干燥箱中烘干30min；
(2)向无水乙醇中加入棕榈酸固体，在70℃下边加热边搅拌直至形成透明的棕榈酸溶液，棕榈酸溶液浓度为2％；
(3)在50℃的条件下，将经步骤(1)处理后的丝瓜络放入棕榈酸溶液中处理4h，处理后取出放入恒温鼓风干燥箱中干燥，即可得到目标样品。
实施例二：
用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法，包括以下步骤：
(1)将丝瓜络切成长方体块状置于70％的乙醇溶液中，在50℃下超声处理2次，每次超声处理时间为20min，取出后水洗并烘干，烘干条件为在80℃的恒温鼓风干燥箱中烘干30min；
(2)向无水乙醇中加入棕榈酸固体，在70℃下边加热边搅拌直至形成透明的棕榈酸溶液，棕榈酸溶液浓度为3％；
(3)在50℃的条件下，将经步骤(1)处理后的丝瓜络放入棕榈酸溶液中处理6h，处理后取出放入恒温鼓风干燥箱中干燥，即可得到目标样品。
实施例三：
用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法，包括以下步骤：
(1)将丝瓜络切成长方体块状置于70％的乙醇溶液中，在50℃下超声处理2次，每次超声处理时间为20min，取出后水洗并烘干，烘干条件为在80℃的恒温鼓风干燥箱中烘干30min；
(2)向无水乙醇中加入棕榈酸固体，在70℃下边加热边搅拌直至形成透明的棕榈酸溶液，棕榈酸溶液浓度为4％；
(3)在50℃的条件下，将经步骤(1)处理后的丝瓜络放入棕榈酸溶液中处理5h，处理后取出放入恒温鼓风干燥箱中干燥，即可得到目标样品。
对比验证实验：
预处理对丝瓜络的影响：
用无水乙醇和纯化水制备70％浓度的乙醇溶液，取若干个大小均匀的丝瓜络块，一半不进行处理，另一半浸泡于70％乙醇溶液中。向超声波清洗机中加入二分之一高度的水，加热到50℃，随后将浸泡于70％乙醇溶液中的丝瓜络样品置于的超声波清洗机中清洗两次，每次20min，以去除杂质。处理完成后，将取出的丝瓜络放入80℃的恒温鼓风干燥箱中烘干30min备用。
电镜实验：
分别用500倍电镜观察经过预处理的丝瓜络和没经过预处理的丝瓜络，结果如图1所示，图中左侧和右侧分别是原丝瓜络和预处理丝瓜络放大500 倍的显微镜图片。从图中可以看出，未经处理的丝瓜络表面含有杂质而且纤维表面不平整，有许多凸点和坑洞。经过乙醇预处理后，纤维上的杂质明显少了很多，但表面依然有许多凸点和坑洞。这是因为放入乙醇超声清洗只是去除了纤维表面和孔隙中的大部分杂质，使它的表面变得光滑了一些，但是没有发生化学反应，所以预处理前后纤维的表面形态结构并没有变化。
红外光谱检测：
参见图2，原丝瓜络与预处理丝瓜络的红外光谱的走向基本一致，只是特征峰的位置和幅度不同。1026cm-1附近为纤维素特征峰，预处理之后，纤维素大量暴露，导致预处理丝瓜络曲线该峰变强。894cm-1处为糖苷键伸缩振动峰，预处理丝瓜络在此处的峰并未减弱，说明预处理并未把纤维素除去。 1734cm-1处为半纤维素的木聚糖成分和木质素的C＝O基团的吸收峰，而预处理丝瓜络上该峰消失，说明预处理去除了大量的半纤维素和木质素。但在预处理丝瓜络曲线的1648cm-1、1425cm-1和1241cm-1均有不同程度的减小，这代表木质素并没有完全去除。
丝瓜络的三维网状结构和纤维素、木质素、半纤维素等成分，使其具有良好的吸油吸水性，也使得丝瓜络的孔隙和表面上都容易存在一些杂质，通过70％乙醇溶液的预处理，去除了丝瓜络纤维中的大部分杂质，为后续的浸渍处理创造了优良的条件。
为了探究浸渍液浓度、处理时间、处理温度三个因素对丝瓜络疏水性的影响，利用控制变量法，制定了单因素实验。浸渍液浓度分别为1％、2％、 3％、4％；处理时间分别为2h、4h、6h、8h；处理温度分别为30℃、40℃、 50℃、60℃、80℃。
实验步骤如下：
(1)根据研发资料，确定最佳处理温度在50℃附近。固定水浴处理温度为 50℃，浸渍处理时间为4h，取1％，2％，3％，4％四组浓度棕榈酸溶液，对预处理丝瓜络进行浸渍，处理结束得到四组样品，分别进行烘干，测试对水接触角的大小。
(2)根据步骤(1)测得的接触角大小，确定最佳浸渍液浓度。固定水浴处理温度为50℃，浸渍液浓度为最佳浓度，将四组丝瓜络分别浸渍2h、4h、6h、 8h，处理结束后得到四组样品，分别进行烘干，测试对水的接触角大小。
(3)根据步骤(2)测得的接触角大小，确定最佳处理时间。固定浸渍液浓度和浸渍时间，将四组丝瓜络在30℃、40℃、50℃、60℃和80℃下浸渍相同时间，处理结束得到五组样品，分别进行烘干，测试对水的接触角大小。
分组处理：
取1％、2％、3％、4％四组浓度的棕榈酸乙醇溶液，分别加入若干个丝瓜络样段，放入50℃的水浴锅中浸渍处理4h。处理结束后放入烘箱烘干，封装备用。(四组样品分别记为Z1，Z2，Z3，Z4)
取四组浓度为3％的棕榈酸乙醇溶液，加入若干个丝瓜络样段，在50℃的水浴锅中分别浸渍处理2h、4h、6h、8h，处理结束后放入烘箱烘干，封装备用。(四组样品分别记为Z5，Z6，Z7，Z8)
取四组浓度为3％的棕榈酸乙醇溶液，加入若干个丝瓜络样段，分别在 30℃、40℃、50℃、60℃和80℃的温度下浸渍处理6h，处理结束后放入烘箱烘干，封装备用。(四组样品分别记为Z9，Z10，Z11，Z12，Z13)
分别测试各组样品对水的接触角。
表1各组功能化丝瓜络与水的接触角
Figure BDA0003696306310000091
根据表1可以看出，在浸渍时间和温度相同时，溶液浓度为3％时接触角最大，溶液浓度由1％增大到3％的过程中，接触角大小稳定增加，浓度增大到4％时接触角反而变小。原因是溶液浓度从1％到3％的过程，溶液内棕榈酸的含量变多，更多的棕榈酸附着在丝瓜络上，使得疏水性提高。但是浓度过高时，棕榈酸不能完全溶解在乙醇中，导致丝瓜络的改性效果减弱，使得疏水性变差。
在溶液浓度和浸渍温度相同时，浸渍时间为6h时接触角最大。浸渍时间从4h延长至6h的过程，增幅较大，超过6h接触角又开始减小。原因是随着浸渍时间的增加，溶液内棕榈酸与丝瓜络的接触时间变长，表面棕榈酸附着的更均匀完整，但是当时间过长，丝瓜络表面棕榈酸会过度堆积，反而降低了疏水性。
在溶液浓度和浸渍时间相同时，浸渍温度为50℃时接触角最大。从溶液温度由30℃升高至50℃的过程中，接触角的增大过程比较稳定，但在温度超过50℃时，接触角却又变小。这是随温度升高至50℃过程，溶液内棕榈酸分子随温度升高运动加快，能更好地进入丝瓜络孔隙，使表面附着更加均匀。而温度超过50℃后，乙醇挥发过快，使得溶液浓度明显升高，导致丝瓜络疏水性变差。
通过红外光谱对a)仅进过预处理的丝瓜络、b)经过处理的功能化丝瓜络 Z7、c)棕榈酸，这三种物质进行检测，参见图3，由光谱图可以看出，棕榈酸在2919cm-1和2841cm-1处有两个吸收峰，这是由亚甲基(CH2)的拉伸振动造成的，而1700cm-1处对应的则是羰基(C＝O)的拉伸振动。预处理丝瓜络和功能化丝瓜络的走向基本一致，只有3448cm-1处的吸收峰是因为丝瓜络中的羟基(-OH)，1082cm-1的吸收峰则是因为纤维素中C-O和C-C基团的拉伸振动。
功能化处理丝瓜络相比于预处理丝瓜络，光谱图只有部分吸收峰的透过率有细微的差别，没有发生明显的变化，这说明在棕榈酸处理丝瓜络的过程中没有发生化学反应，而是通过物理吸附，使棕榈酸固着在丝瓜络的表面。
接触角分析：
首先用亚甲基蓝将水染成蓝色，然后分别向原丝瓜络和功能化丝瓜络Z3 滴加油和水：油滴和水滴都在原丝瓜络上扩散，这证明丝瓜络天然具有吸水性和吸油性，而水滴在功能化丝瓜络的表面呈现为球状，油滴则被吸入，这表明了功能化丝瓜络的疏水亲油性。经检测水在原丝瓜络的平均接触角从0°提升到139.3°，这说明通过对丝瓜络处理条件的完善，功能化丝瓜络的疏水性有显著增强。
表面形态分析：
参见图4，图4中a)和b)分别是功能化丝瓜络Z1放大100倍和放大400 倍的电镜图片；c)和d)分别是功能化丝瓜络Z3放大100倍和放大400倍的电镜图片。由图b)可以明显看出，在棕榈酸溶液浓度较低时，处理后的丝瓜络表面只有少量的棕榈酸固着在上面；从图d)中可以明显看出，浓度升高时，有更多的棕榈酸吸附在丝瓜络的表面，这也是使其疏水性变好的原因。
参见图5，图5中a)和b)分别是功能化丝瓜络Z5放大100倍和放大400 倍的电镜图片；c)和d)分别是功能化丝瓜络Z6放大100倍和放大400倍的电镜图片；e)和f)分别是功能化丝瓜络Z7放大100倍和放大400倍的电镜图片。根据电镜图可以看出，丝瓜络的浸渍时间从2h增加到6h的过程中，表面的棕榈酸分布越来越均匀，特别是如图e)和f)浸渍6h的丝瓜络表面，棕榈酸的基本上被一层棕榈酸完全覆盖，而且表面棕榈酸的附着情况非常好。
通过观察表面形貌，可以发现丝瓜络纤维的直径和孔隙的大小变化不大，而是表面被棕榈酸覆盖。原始的丝瓜络表面不是平整的，呈现许多凹点和坑洞，在功能化处理之后，这些凹凸不平的地方被一层棕榈酸覆盖，这使得功能化丝瓜络具有一定的疏水性。而且疏水性越好接触角越大的丝瓜络，表面棕榈酸的附着情况越好，表面棕榈酸的分布也就越均匀。
以上实验说明改性后的丝瓜络具有较好的疏水性。通过红外光谱分析可知，使用棕榈酸浸渍处理丝瓜络时没有发生化学反应，而是通过物理沉积附着在丝瓜络表面。通过对功能化丝瓜络表面形态的观察，丝瓜络的疏水性越好，棕榈酸在其表面上的附着就越均匀。在浸渍处理前水滴很快就被丝瓜络吸附，而处理后丝瓜络的接触角全都大于90°，并且在实验条件为50℃、6h、 3％时，接触角最大为136.1°。
丝瓜络的吸油性能测试：
功能化丝瓜络的吸油倍率测试：
(1)分别选取原样丝瓜络、预处理丝瓜络、功能化丝瓜络Z3、功能化丝瓜络Z7，对它们分别称重，取一定量的植物油倒入烧杯中，之后将各组丝瓜络分别浸泡在植物油中十五分钟；
(2)取出吸油后的丝瓜络，放在铁丝网上，等待油滴依靠重力自然沥干；
(3)称取各沥干油分后的丝瓜络重量并记录数据，再取各组丝瓜络样品，继续进行称重，吸油，并且自然沥干，称重等操作。重复上述过程三次。
吸油倍率分析：
吸油倍率公式如下：
G＝(G1-G0)/G0
式中：G：吸附倍数
G0：原始重量
G1：吸附后重量
根据上式计算吸油倍率。通过测试和计算得出数据：原丝瓜络的吸油倍率为2.654g/g，预处理丝瓜络的吸油倍率为2.539g/g，功能化丝瓜络Z3的吸油倍率为2.416g/g，功能化丝瓜络Z7的吸油倍率为2.349g/g。由于丝瓜络具有天然的多孔网状结构，各组的吸油性都比较好。
原丝瓜络比预处理丝瓜络的油吸附倍率要大，这是因为预处理使丝瓜络表面的一些蜡质和脂质脱落，而蜡质是影响其吸油能力大小的重要因素，因此预处理丝瓜络的吸油倍率比原丝瓜络小。功能化丝瓜络比预处理丝瓜络的吸油性差，是因为棕榈酸乙醇浸渍丝瓜络后，附着在丝瓜络表面的棕榈酸吸油性不如蜡质，使得吸油性降低。功能化丝瓜络Z3相比与Z7，处理时间较短，表面棕榈酸分布的均匀程度略低，所以有些部分的表面未被覆盖，依然存有蜡质，使其吸油性略高。
丝瓜络的吸油试验：
取功能化丝瓜络Z3和Z7，分别对它们称重，然后取一定量的植物油倒入烧杯中，将两组样品放入植物油中浸泡十五分钟。随后将丝瓜络取出，放在铁丝网上依靠重力自然沥干，并称取重量。称重后用物理挤压法将功能化丝瓜络中的油挤出来，用吸油纸吸干表面的油渍，记录数据后重复上述操作若干次。
实验分析：
倍率减少率公式如下：
θ＝Gn-Gn+1/Gn
式中：θ：倍率减少率
Gn：第n次的吸油倍率
Gn+1：第n+1次的吸油倍率
按照上式计算倍率减少率。由于使用物理挤压法会破坏丝瓜络的结构，使丝瓜络表面的棕榈酸少量脱落，导致表面吸附油的能力减弱，而且丝瓜络表面会有残留的油污，从而使丝瓜络的吸油性能降低。并且每个丝瓜络样品的形状，孔隙各不相同，挤压后油残留量也会受到一定影响，使得结果会有些误差。实验结果如表2：
表2丝瓜络的吸油倍率
Figure BDA0003696306310000131
丝瓜络的油水分离与重复使用试验：
把20ml的自来水用亚甲基蓝染色，与20ml的食用油一起倒入烧杯中。等二者分层后，把浸渍时间为2h、4h、6h的丝瓜络分别放在三角漏斗底部，三角漏斗下接一烧杯。把水油混液匀速的倒入三角漏斗中，让液体没丝瓜络。等待一段时间，当丝瓜络不再有液体滴下时，取出丝瓜络称量重待到烧杯中的液体再次分层后分别测量水和油的体积，按照下式计算油水分离效率。
Figure BDA0003696306310000141
V，Vn为n次分离前后水相体积，mL
油水分离和重复使用实验分析：
就油水分离来看，改性后的丝瓜络具有优异的油水分效率，在前三次的重复使用中，油水分离效率都在95.8％以上。由于使用无水乙醇把改性丝瓜络中吸附的油萃取出来，在萃取和烘干的过程中可能会导致改性丝瓜络表面一部分的棕榈酸脱落，从而削弱了改性丝瓜络的疏水性能。并且试管、漏斗倾倒不完全，一部分油和水仍旧挂在试管、漏斗壁上，导致试验结果会有些许偏差。实验结果如表3：
表3丝瓜络的油水分离效率与重复使用
Figure BDA0003696306310000142
从表3中可以发现，随着使用次数的增加，功能化丝瓜络的吸油倍率有所降低。在前两次的使用中，倍率的减少较为明显，但吸油倍率仍有1.931g/g，随着使用次数的增加，功能化丝瓜络吸油倍率的变化趋于稳定。
丝瓜络的吸油过程实验：
经实验证明油滴到原丝瓜络上只需1.8s就可以完全铺展开，而滴到第Z1 组上也只需要4.25s就可以完全铺展开.
功能化丝瓜络表面和孔隙中固着的棕榈酸，使丝瓜络的孔洞变小，结构更加紧密。测试前对三组试样在相同情况下压平处理，放大这一因素的影响。预处理组丝瓜络孔隙较大，吸油最快。Z7组浸渍时间比Z3组长，丝瓜络表面棕榈酸的固着沉积更多更均匀，孔隙也略小，因此油滴吸入较慢。
为了将循环经济原则融入材料设计中，本发明考虑了丝瓜络的回收和再生。当使用棕榈酸功能化丝瓜络吸收油后，用简单程序可将其完全清洗，恢复到普通丝瓜络状态(回收)，或者再次使用棕榈酸进行功能化，用作再生吸油剂。清洗过程包括将功能化丝瓜络浸入热(70℃)自来水和肥皂的混合物中20分钟。在此过程中，形成油/肥皂相，可将其移除，直到水和丝瓜表面干净且无油残留物。用肥皂和自来水进行了第二次清洗。肥皂/油混合物可通过其他方式进一步处理，或根据需要保留。此外，肥皂残留水还可以用来清洁功能化丝瓜络。可将其回收为常规丝瓜络，用于擦洗或其他用途，或再次使用棕榈酸进行功能化，以便再生以去除水中的油。
本发明提供了一种用于油/水分离的疏水丝瓜络，该丝瓜络采用可持续的方法制造，其中主要原料丝瓜络和棕榈酸是丰富、可再生、环保和低成本的材料。制造过程非常简单、成本低且可扩展。它不需要特殊的基础设施或限制性的操作条件。这些丝瓜络具有良好的吸油能力和可重复使用性。此外，可以去除高达99％的油，使水保持清洁。丝瓜络的设计考虑了循环经济原则，通过使用简单的水和肥皂清洁过程，丝瓜络可以回收或再生。

Claims (2)

1.用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将丝瓜络切成长方体块状置于70％的乙醇溶液中，在50℃下超声处理2次，每次超声处理时间为20min，取出后水洗并烘干；
(2)向无水乙醇中加入棕榈酸固体，在70℃下边加热边搅拌直至形成透明的棕榈酸溶液，棕榈酸溶液浓度为2％～4％；
(3)在50℃的条件下，将经步骤(1)处理后的丝瓜络放入棕榈酸溶液中处理4-6h，处理后取出放入恒温鼓风干燥箱中干燥，即可得到目标样品。
2.根据权利要求1所述的一种用于油水分离的疏水丝瓜络制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中烘干条件为在80℃的恒温鼓风干燥箱中烘干30min。
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