一種高性能纖維素基吸油材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油污處理材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能纖維素基吸油材料及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著世界工業(yè)的蓬勃發(fā)展，石油及其各種油品的使用日益增加，然而因石 油開采及運輸造成的原油泄漏問題也愈加嚴(yán)重，對海洋水體及其生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破 壞。在采取的眾多油污處理方法中，如機械回收法、吸附法、化學(xué)分散法、沉降法、生物降解 法、燃燒法等，采用吸附回收是一種很有效的方法，它不僅投資少、可重復(fù)利用，而且還可以 將油污吸附并轉(zhuǎn)移，防止二次污染的產(chǎn)生。吸油材料是一種非常有效的油污清除工具，因其 具有高效、經(jīng)濟、便于推廣使用等特點而得到廣泛采用。利用吸油材料吸附油污不僅可以解 決油品對水域及其周邊環(huán)境造成的污染，而且還可回收部分油品，減少能源的損失。吸油材 料通?？梢苑譃闊o機材料、有機合成材料和天然高分子材料。無機材料的吸油能力較低、油 水選擇性差；而有機合成材料降解性差，使用后增加了環(huán)境的負(fù)荷，甚至?xí)斐啥挝廴尽?天然或天然改性有機吸油材料因其環(huán)境友好、材料易得等特性，正逐漸受到關(guān)注，圍繞天然 有機吸油材料的研宄越來越多，且已在水上泄漏油回收以及含油廢水處理等方面得到了實 際的應(yīng)用。一般地，該類吸油材料主要以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料并經(jīng)疏水改性制備而成，如改性 甘蔗渣、改性稻殼等。與聚丙烯相比較，這些改性天然材料的吸附能力更強，且稻殼和蔗渣 作為農(nóng)作物廢棄物，來源廣泛，能夠自然降解，但缺點是致密的孔隙結(jié)構(gòu)限制了吸油性能的 提高。中國專利CN1171655C報道了一種纖維吸油劑的制備方法，它是將秸桿直接進(jìn)行酸酐 改性制備而成。但該發(fā)明制備的吸油劑的吸油倍率只有20~30倍，且吸油速率較低。中 國專利CN103143326A公布了一種纖維素基吸油材料，首先采用氫氧化鈉、次氯酸鈉對玉米 秸桿進(jìn)行預(yù)處理提取其中的纖維素，然后采用乙酸酐對其進(jìn)行乙?；杷男?。該吸油材 料的吸油倍率可達(dá)60倍以上，其制備方法過程簡單，易回收，但是吸油量和循環(huán)使用性能 仍不高。中國專利CN101565488A公開了另一種纖維素基吸油材料的制備方法。該方法是 以植物纖維素和甲基丙烯酸丁酯等單體為主要原料，通過引發(fā)劑交聯(lián)聚合而制備的吸油材 料。該方法所用基礎(chǔ)原料是植物纖維素，成本較低，但該材料的吸油性能較低，對重油的吸 油倍率只有20倍左右，且循環(huán)使用性能較差。中國專利103061117A公開了一種木棉纖維 吸油材料，通過酰化處理木棉纖維制備得到。木棉纖維來源廣泛，成本低廉，該吸油材料的 吸油倍率為40~80倍，然而其達(dá)到吸油平衡的時間較長（30min)，且循環(huán)使用性能較差，且 該材料制備過程中采用了丙酮、異丙醇、甲苯、吡啶等有機溶劑，對人體和環(huán)境造成危害。因 此，采用環(huán)境相容的物質(zhì)作為原料，開發(fā)綠色環(huán)保、生物可降解、高效吸油材料處理溢油污 染，對于改善海洋環(huán)境和生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種高性能纖 維素基吸油材料的制備方法。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述方法制備得到的高性能纖維素基吸油材 料。
[0005] 本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] 一種高性能纖維素基吸油材料的制備方法，包括以下制備步驟：
[0007] 將紙漿纖維疏解后加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1%~5%的懸浮液，然后將紙漿懸浮 液進(jìn)行冷凍干燥，得到纖維素基多孔材料；然后將纖維素基多孔材料與硅烷化試劑和去離 子水分開放置于同一密閉的環(huán)境中，加熱至50~120°C進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的疏水改性反應(yīng) 0. 5~4小時，得到高性能纖維素基吸油材料。
[0008] 所述的紙漿纖維是指木漿、非木漿和廢紙漿中的至少一種；所述的木漿為未漂白 或漂白的馬尾松漿、落葉松漿、樺木漿、楊木漿或桉木漿；所述的非木漿為未漂白或漂白的 荻漿、麻漿、葦漿、蔗渣漿、稻草漿、麥草漿、竹漿或棉漿。
[0009] 所述的紙漿纖維在疏解后可以進(jìn)一步打漿處理至打漿度為7~90° SR。
[0010] 所述的紙漿懸浮液在冷凍干燥前可加入分散劑進(jìn)行分散；所述的分散劑優(yōu)選聚乙 烯醇、陽離子聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素或改性淀粉。
[0011] 所述的冷凍干燥是指在〇~-196°C溫度下冷凍后的冷凍干燥。
[0012] 所述纖維素基多孔材料與硅烷化試劑的質(zhì)量比為5:1~1:10 ;硅烷化試劑與去離 子水的質(zhì)量比為10:1~1:10。
[0013] 所述的硅烷化試劑包括甲基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷、三甲基 碘硅烷、甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、六甲基二硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、三甲基乙氧基 硅烷和甲基三乙氧基硅烷中的至少一種；優(yōu)選甲基三甲氧基硅烷。
[0014] 所述的加熱是指采用烘箱加熱、水浴加熱或油浴加熱。
[0015] 所述的疏水改性反應(yīng)優(yōu)選在80°C進(jìn)行疏水改性反應(yīng)2小時。
[0016] -種高性能纖維素基吸油材料，通過上述方法制備得到。
[0017] 本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點及有益效果：
[0018] (1)本發(fā)明采用簡單、環(huán)境友好的冷凍干燥與化學(xué)氣相沉積相結(jié)合的方法，獲得了 具有超高吸油量和高循環(huán)性能的纖維素基吸油材料，克服了傳統(tǒng)吸油材料吸油量低、油水 選擇性差、循環(huán)使用性能差、易產(chǎn)生二次污染等問題。
[0019] (2)本發(fā)明方法采用廉價、來源廣泛、可再生、可生物降解的植物纖維為原料，綠色 環(huán)保，成本較低；
[0020] (3)本發(fā)明的高性能纖維素基吸油材料可替代現(xiàn)有商業(yè)化的吸油材料（如聚氨酯 類吸油材料），在處理海上原油泄漏、改善生態(tài)環(huán)境方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021] 圖1為實施例2得到的纖維素基吸油材料的疏水性測試結(jié)果圖；
[0022] 圖2為實施例2得到的纖維素基吸油材料的回彈性測試結(jié)果圖；
[0023] 圖3為實施例2得到的纖維素基吸油材料的吸油性能測試結(jié)果圖；
[0024] 圖4為實施例2得到的纖維素基吸油材料的循環(huán)回用測試結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0026] 以下實施例中所述的吸油量通過以下方法進(jìn)行測定：
[0027] 將吸油材料置于真空干燥箱，60°C，干燥24h。準(zhǔn)確稱取一定量樣品Ov g)，浸入 待測油品中，在30°C恒溫箱中靜置一段時間，使充分吸油后取出，待樣品表面的油品滴淌凈 后稱重（m 2，g)，測定三次取平均值。被測樣品的吸油量按下式進(jìn)行計算：
[0029]式中：
[0030] Q--樣品的吸油量，單位為克每克（g/g);
[0031] Iii1--吸油前樣品質(zhì)量，單位為克（g);
[0032] m2--吸油后樣品質(zhì)量，單位為克（g)。
[0033] 實施例1
[0034] 將漿濃為2%的脫墨廢紙漿置于疏解機內(nèi)進(jìn)行疏解后加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% 的懸浮液，加入0.5% (相對于懸浮液中所含絕干漿質(zhì)量）的羧甲基纖維素作為分散劑，攪 拌分散均勻；然后將紙漿懸浮液放入_22°C冰箱中冷凍，待完全結(jié)冰后進(jìn)行冷凍干燥，得到 纖維素基多孔材料；然后將纖維素基多孔材料與硅烷化試劑甲基三甲氧基硅烷和去離子水 分開放置于同一密閉的容器中（按質(zhì)量比纖維素基多孔材料：甲基三甲氧基硅烷：水= 1:5:5)，放入烘箱加熱反應(yīng)器中加熱至80°C進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的疏水改性反應(yīng)2小時，得 到高性能纖維素基吸油材料。
[0035] 本實施例得到的纖維素基吸油材料對真空泵油、機油、食品級白油、二甲基硅油的 吸收量分別為 89g/g，88g/g，76g/g，128g/g。
[0036] 實施例2
[0037] 將