CN115010854A - 一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法 - Google Patents

一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料制造技术领域，尤其涉及一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法,包括如下步骤：将油橄榄果渣粉碎，过10～600目筛,然后分散到水中；加入功能单体、交联剂、引发剂搅拌均匀，再加入有机溶剂并在100～500rpm下搅拌形成乳液,然后于50～90℃聚合4～24h；反应结束后用丙酮索氏提取12～48h,在40～105℃烘干,即得多孔吸附材料；其有益效果包括：本发明以油橄榄果渣为Pickering乳液稳定粒子，并以此乳液为模板,聚合连续相中的功能性单体，再经索氏提取、干燥，制得的吸附材料内部孔道结构丰富，机械强度良好，对重金属、阴离子染料和阳离子染料均具有良好的吸附效果，且吸附速率快,吸附容量高。

Description

一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸 附材料的方法
技术领域
本发明属于高分子材料制造技术领域，尤其涉及一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法,主要用于吸附废水中阴/阳离子和重金属污染物的吸附。
背景技术
油橄榄又名洋橄榄、齐墩果，属木犀科、木犀榄属常绿乔木，是一种世界名贵常绿木本油料和果用油料，在我国甘肃、陕西、云南、四川等省区广泛种植，具有寿命长、高产、果实含油量高的特点，其鲜果可直接榨油或做成果脯。油橄榄果实含油率达30％。据统计每100kg鲜橄榄果实榨油后就会产生35～40kg果渣。这些果渣除极少部分用作肥料或饲料外，绝大部分被直接废弃，这不仅严重污染了环境，也造成了资源的浪费。
其次，多孔吸附材料因其内部孔结构丰富，吸附基团暴露充分，传质阻力小等特点，在水处理、吸附分离领域有非常广阔的应用前景。特别是以乳液模板法构筑的多孔材料,其多孔结构可以通过实验参数进行调整,制备过程简单，吸附性能可设计等而倍受业内的广泛关注。以水包油的乳液为模板是构筑多孔材料的重要方法，其中Pickering乳液以粒子代替表面活性剂稳定的乳液，其乳液稳定性好，近年来以固体废弃物粒子代替合成粒子稳定pickerling乳液的研究已经成为该领域发展的重要方向。以废弃物粒子稳定的Pickering乳液为模板构筑多孔吸附材料不仅极大的降低了乳液和多孔材料的制备成本，而且实现了废弃物的高效再利用，因此具有非常重要的意义。油橄榄果渣中含有多酚、羟基酪醇和木质素纤维素等可聚合的大分子聚集体，可以作为固体粒子代替合成粒子制备Pickering乳液，但目前还没有采用油橄榄果渣通过Pickering乳液制备多孔吸附材料的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，同时对构筑的多孔吸附材料对于染料分子及重金属离子的吸附性能进行研究。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将油橄榄果渣粉碎，过10～600目筛,然后分散到水中；
步骤二：加入功能单体、交联剂、引发剂搅拌均匀，再加入有机溶剂并在100～500rpm下搅拌形成乳液,然后于50～90℃聚合4～24h；
步骤三：反应结束后用丙酮索氏提取12～48h,在40～105℃烘干,即得多孔吸附材料。
优选的，在步骤一中，经处理的油橄榄果渣分散在水中的质量百分数0.5～19％。
优选的，在步骤二中，所述功能单体为甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯晴、苯乙烯、丙烯酸丁酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基硫脲、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、丙烯酸、3-(二甲氨基)丙烯酸乙酯中的至少两种；所述功能单体的加入量为油橄榄果渣质量的10～35倍。
优选的，在步骤二中，所述交联剂为三烯丙基异氰酸酯、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种；所述交联剂的加入量为油橄榄果渣质量1.5～8倍。
优选的，在步骤二中，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁晴、偶氮二异庚晴、氢过氧化异丙苯、氢过氧化对孟烷、过氧化苯甲酰中的一种；所述引发剂的加入量为油橄榄果渣质量的1～4.5倍。
优选的，在步骤二中，所述有机溶剂为丙酮、乙醇、正己烷、正辛烷、二甲苯、环己烷、橄榄油、大豆油、亚麻酸油、玉米油中的一种；所述有机溶剂与水的体积比为1:0.3～1:50。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以油橄榄果渣为Pickering乳液稳定粒子，并以此乳液为模板,聚合连续相中的功能性单体，再经索氏提取、干燥，制得的吸附材料内部孔道结构丰富，机械强度良好，对重金属、阴离子染料和阳离子染料均具有良好的吸附效果，且吸附速率快,吸附容量高，可广泛适用于重金属污染、染料废水治理等领域。
附图说明
图1为本发明制备的果渣稳定Pickering乳液的光学显微镜照片；
图2为以果渣稳定的Pickering乳液为模板构筑的多孔材料的SEM图；
图3为以果渣稳定的Pickering乳液为模板构筑的多孔材料对阴/阳离子染料和重金属的吸附容量图(图3a为染料，图3b为重金属)；
图4为以果渣稳定的Pickering乳液为模板构筑的多孔材料对阴/阳离子染料和重金属的吸附速率图(图4a为染料，图4b为重金属)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一、多孔多功能吸附材料的形貌和结构
下面通过扫描电子显微镜(SEM)等表征手段，对本发明制备的多孔吸附剂的结构形貌进行分析。
1、光学显微镜分析
图1为本发明制备的油橄榄果渣稳定Pickering乳液的光学显微镜照片。在光学显微镜下观察发现,形成的Pickering乳液液滴直径约为5um。少量果渣颗粒发生团聚，但大部分果渣分布均匀，固定在油水两相界面上，说明果渣具有良好的两亲性，不需要添加表面活性剂即可用于稳定乳液。
2、SEM分析
图2为本发明制备的多孔吸附材料的SEM图。可以观察到多孔材料内部丰富的孔结构，且孔结构具有良好的连通性。一级孔直径约为10～20um,连通孔直径约为3～10umo
二、多孔多功能吸附材料的吸附性能
1、对重金属和阴/阳离子染料的吸附容量
图3为本发明制备的多孔吸附材料对重金属离子Cu2+、Pb2+以及有机阳离子染料亚甲基蓝和阴离子染料酸性品红的吸附容量(图3a为染料，图3b为重金属)。由图3可见，多孔吸附材料对亚甲基蓝和酸性品红的最大吸附量分别为101.25mg/g和251.28mg/g，对Cu2+、Pb2+的最大吸附量分别为123.58mg/g、207.13mg/g。
2.对重金属和阴/阳离子染料的吸附速率
图4为本发明制备的多孔吸附剂对重金属和阴/阳离子染料的吸附速率曲线(图4a为染料，图4b为重金属)。由图可见，多孔吸附材料对阴/阳离子染料和重金属的吸附可以分别在50min,30min内完成，展示出较快的吸附速率。
实施例1
将油橄榄果渣粉碎过100目筛；将1g油橄榄果渣分散于16mL水中，500rpm搅拌下分散均匀；取10g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，16g烯丙基硫脲,3gN,N'-亚甲基双丙烯酰胺，1g过硫酸铵,并分散均匀；再加入二甲苯53mL,在500rpm搅拌下形成乳液,然后在50℃聚合24h,再用丙酮索氏提取48h，在65℃下烘干4h，得到多孔吸附材料。该多孔吸附材料对重金属Pb2+的吸附量为91.22mg/g，对阳离子染料亚甲基蓝的吸附量为105.31mg/g,对阴离子染料酸性品红的吸附量为187.59mg/go。
实施例2
将油橄榄果渣碎过600目筛，取8g油橄榄果渣粉分散于30mL水中，500rpm搅拌下分散均匀；再加入22g苯乙烯,23g丙烯晴,4mL环己烷，8g三烯丙基异氟酸酯和5g过氧化苯甲酰，在500rpm搅拌下形成乳液；在90℃聚合4h后用丙酮索氏提取12h,在105℃下烘干4h,得到多孔吸附材料。该多孔吸附材料对重金属Pb2+的吸附量为66.76mg/g,对阳离子染料亚甲基蓝的吸附量为106.63mg/g,对阴离子染料酸性品红的吸附量为297.33mg/go。
实施例3
将油橄榄果渣碎过400目筛；取3g油橄榄果渣分散于25mL水中，500rpm下搅拌分散均匀；再加入10g 3-(二甲氨基)丙烯酸乙酯,22g丙烯酸，3g偶氮二异丁晴和4g三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，在500rpm下搅拌加入33mL正己烷形成乳液，在80℃聚合8h后用丙酮索氏提取24h,在105℃下烘干4h,得到多孔吸附材料。该多孔吸附材料对重金属Pb2+的吸附量为200.19mg/g,对阳离子染料亚甲基蓝的吸附量为95.17mg/g,对阴离子染料酸性品红的吸附量为分别为287.45mg/go。
实施例4
将油橄榄果渣碎过200目筛；取5g油橄榄果渣分散于20mL水中，500rpm下搅拌分散均匀；再加入15g甲基丙烯酸二甲氨乙酯，15g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸,5g过硫酸铵和5g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，在500rpm搅拌下加入35mL大豆油形成乳液，在60℃聚合24h后用丙酮索氏提取48h,在105℃下烘干4h,得到多孔吸附材料。该吸附材料对重金属Pb2+的吸附量为126.23mg/g,对阳离子染料亚甲基蓝的吸附量为144.25mg/g,对阴离子染料酸性品红的吸附量为分别为223.21mg/go。
实施例5
将油橄榄果渣碎过300目筛；取6.5g油橄榄果渣分散于25mL水中，在500rpm下搅拌分散均匀；再加入10g丙烯酸丁酯，25.5g烯丙基硫脲,3.0g偶氮二异庚腈和5g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，在500rpm下搅拌加入25mL正辛烷形成乳液，在80oC聚合4h后用丙酮索氏提取24h,在105℃下烘干4h,得到多孔吸附材料。该多孔吸附材料对重金属Pb2+的吸附量为66.15mg/g,对阳离子染料亚甲基蓝的吸附量为122.55mg/g,对阴离子染料酸性品红的吸附量为分别为127.82mg/g。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将油橄榄果渣粉碎，过10～600目筛,然后分散到水中；
步骤二：加入功能单体、交联剂、引发剂搅拌均匀，再加入有机溶剂并在100～500rpm下搅拌形成乳液,然后于50～90℃聚合4～24h；
步骤三：反应结束后用丙酮索氏提取12～48h,在40～105℃烘干,即得多孔吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤一中，经处理的油橄榄果渣分散在水中的质量百分数为0.5～19％。
3.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤二中，所述功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基硫脲、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、3-(二甲氨基)丙烯酸乙酯中的至少两种。
4.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤二中，所述功能单体的加入量为油橄榄果渣质量的10～35倍。
5.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤二中，所述交联剂为三烯丙基异氰酸酯、二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤二中，所述交联剂的加入量为橄榄果渣质量的1.5～8倍。
7.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤二中，所述引发剂为氢过氧化对孟烷、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚晴、氢过氧化异丙苯、过硫酸铵中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤二中，所述引发剂的加入量为油橄榄果渣质量的1～4.5倍。
9.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤二中，所述有机溶剂为丙酮、乙醇、正己烷、正辛烷、二甲苯、环己烷、大豆油、亚麻酸油、橄榄油、玉米油中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种以油橄榄果渣稳定的Pickering乳液为模板制备多孔吸附材料的方法，其特征在于：在步骤二中，所述有机溶剂与水的体积比为1:0.3～1:50。
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