摘 要：本發(fā)明公開了一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，該方法以黃麻纖維為前驅(qū)體制備纖維素，在交聯(lián)劑和疏水改性劑作用下，以冷凍干燥的方式制備納米纖維素氣凝膠。本發(fā)明所使用的黃麻，其來源廣泛，價(jià)格低廉。纖維素含量高。并且制備方法工藝簡單、操作方便，其產(chǎn)品疏水性能優(yōu)良，對油污和部分有機(jī)溶劑具有較好的吸附性，擁有較高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
技術(shù)要點(diǎn)
1.一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，特征在于：包括以下步驟：
第一步，將黃麻原料剪成4cm-5cm長的黃麻纖維段，浸泡于0.1-0.5wt%硫酸溶液中，60℃處理1-2小時(shí)，然后用去離子水沖洗至中性；
第二步，將洗凈后的黃麻纖維用二甲基亞礬(DMSO)處理，在80℃水浴溫度條件下反應(yīng)2-3小時(shí)，用蒸餾水沖洗后將試樣置于真空烘箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度為60-80℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)，得到預(yù)處理的黃麻纖維；
第三步，將預(yù)處理后的黃麻纖維用粉碎機(jī)打成粉末，過60目篩，得到預(yù)處理后的黃麻粉末，在70-80℃水浴條件下，將預(yù)處理后的黃麻粉末加入到一定濃度的H2O2/NaOH溶液中處理90-120min；
第四步，然后再進(jìn)行功率為50W，時(shí)間為30-50min的超聲波處理，處理后的黃麻粉末清洗低溫烘干，得到黃麻粉體；
第五步，稱取2-5g黃麻粉體放置于真空干燥箱中干燥24小時(shí)，溶解在-10℃預(yù)冷的NaOH/尿素/水溶液中，溶解得到一定濃度的纖維素溶液，4000-5000r/min離心10-20分鐘，去除纖維素溶液中不溶解的物質(zhì)和氣泡；
第六步，稱取0.5-1g交聯(lián)劑加入到離心后的纖維素溶液中，室溫下攪拌30-60min分鐘，倒入孔板中，放置4-6小時(shí)，得到交聯(lián)的纖維素水凝膠；
第七步，將所得的纖維素水凝膠用去離子水和無水乙醇洗滌多次，直至水凝膠達(dá)到溶脹平衡且為中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷凍4-6小時(shí)，經(jīng)冷凍干燥得到纖維素氣凝膠；
第八步，所得氣凝膠置于密封的干燥器中，同時(shí)在該干燥器內(nèi)放置一個含有2-4mL疏水改性劑的敞口小玻璃杯，然后將該干燥器在50℃條件下密封24小時(shí)進(jìn)行硅烷化反應(yīng)；
第九步，將硅烷化的纖維素氣凝膠在常溫條件下置于真空干燥箱內(nèi)24小時(shí)去除未反應(yīng)的硅烷，即得疏水性纖維素氣凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于：所述第三步中的H2O2和NaOH濃度分別為3-4wt%和4-5wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于：所述第五步中的NaOH/尿素/水的濃度比為7：12：81。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于：所述第六步中的交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)、聚乙二醇二縮水甘油醚(PEGDE)、聚乙烯醇(PVA)、戊二醛中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述第八步中的疏水改性劑為甲基三氯硅烷(MTCS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、三甲基氯硅烷(TMCS)中的一種。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及氣凝膠吸附劑的制備技術(shù)領(lǐng)域，一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法。
背景技術(shù)
目前，工業(yè)廢水和石油泄漏所導(dǎo)致的浮油污染問題越來越多地受到人們的關(guān)注，解決此問題主要有物理方法(利用吸附劑、燃燒劑、機(jī)械裝置進(jìn)行浮油回收)、化學(xué)方法(利用分散劑、固化劑進(jìn)行浮油去除)及生物方法(利用天然微生物進(jìn)行浮油降解)。利用吸附劑進(jìn)行浮油處理，是一種簡單、安全、便捷的方法。傳統(tǒng)的吸附劑(如稻草、鋸木屑和木炭等)存在著選擇性差、吸附效率低、不利于回收等問題，而聚丙乙烯纖維等合成的高分子吸附劑，雖然吸附量大，但是自身質(zhì)量的損失也較高，不利于回收和重復(fù)利用。纖維素是世界上最豐富的天然高分子物質(zhì)，具有來源范圍廣、價(jià)格低廉、天然可再生、高剛度、良好的生物相容性和降解性等特點(diǎn)，由此發(fā)展而來的纖維素氣凝膠不僅有纖維素的特性，而且具有氣凝膠密度低、孔隙率高的特點(diǎn)。對纖維素氣凝膠其進(jìn)行疏水改性，從而達(dá)到吸附油污的效果，已經(jīng)引起了越來越多的關(guān)注。纖維素氣凝膠在眾多吸油材料中體現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供了一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法。
本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，特征在于：包括以下步驟：
第一步，將黃麻原料剪成4cm-5cm長的黃麻纖維段，浸泡于0.1-0.5wt%硫酸溶液中，60℃處理1-2小時(shí)，然后用去離子水沖洗至中性。
第二步，將洗凈后的黃麻纖維用二甲基亞礬(DMSO)處理，在80℃水浴溫度條件下反應(yīng)2-3小時(shí)，用蒸餾水沖洗后將試樣置于真空烘箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度為60-80℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)，得到預(yù)處理的黃麻纖維。
第三步，將預(yù)處理后的黃麻纖維用粉碎機(jī)打成粉末，過60目篩，得到預(yù)處理后的黃麻粉末。在70-80℃水浴條件下，將預(yù)處理后的黃麻粉末加入到一定濃度的H2O2/NaOH溶液中處理90-120min。
第四步，然后再進(jìn)行功率為50W，時(shí)間為30-50min的超聲波處理，處理后的黃麻粉末清洗低溫烘干，得到黃麻粉體。
第五步，稱取2-5g黃麻粉體放置于真空干燥箱中干燥24小時(shí)，溶解在-10℃預(yù)冷的NaOH/尿素/水溶液中，溶解得到一定濃度的纖維素溶液。4000-5000r/min離心10-20分鐘，去除纖維素溶液中不溶解的物質(zhì)和氣泡。
第六步，稱取0.5-1g交聯(lián)劑加入到離心后的纖維素溶液中，室溫下攪拌30-60min分鐘，倒入孔板中，放置4-6小時(shí)，得到交聯(lián)的纖維素水凝膠。
第七步，將所得的纖維素水凝膠用去離子水和無水乙醇洗滌多次，直至水凝膠達(dá)到溶脹平衡且為中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷凍4-6小時(shí)，經(jīng)冷凍干燥得到纖維素氣凝膠。
第八步，所得氣凝膠置于密封的干燥器中，同時(shí)在該干燥器內(nèi)放置一個含有2-4mL疏水改性劑的敞口小玻璃杯，然后將該干燥器在50℃條件下密封24小時(shí)進(jìn)行硅烷化反應(yīng)。
第九步，將硅烷化的纖維素氣凝膠在常溫條件下置于真空干燥箱內(nèi)24小時(shí)去除未反應(yīng)的硅烷，即得疏水性纖維素氣凝膠。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第三步中的H2O2和NaOH濃度分別為3-4wt%和4-5wt%。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第五步中的NaOH/尿素/水的濃度比為7：12：81。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第六步中的交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)、聚乙二醇二縮水甘油醚(PEGDE)、聚乙烯醇(PVA)、戊二醛中的一種。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第八步中的疏水改性劑為甲基三氯硅烷(MTCS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、三甲基氯硅烷(TMCS)中的一種。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明制備得到的黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠疏水性好、力學(xué)性能優(yōu)良、孔道結(jié)構(gòu)突出。吸附容量大，在一定范圍內(nèi)可以循環(huán)使用。對原油、柴油、液體石蠟以及工業(yè)廢水中的有機(jī)物，包括苯、甲苯、正己烷、環(huán)己烷等化學(xué)物質(zhì)具有較好的吸附能力。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，對發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诎l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：
第一步，將黃麻原料剪成4cm長的黃麻纖維段，浸泡于0.2wt%硫酸溶液中，
60℃處理1小時(shí)，然后用去離子水沖洗至中性。
第二步，將洗凈后的黃麻纖維用二甲基亞礬(DMSO)處理，在80℃水浴溫度條件下反應(yīng)2小時(shí)，用蒸餾水沖洗后將試樣置于真空烘箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度為60℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)，得到預(yù)處理的黃麻纖維.
第三步，將預(yù)處理后的黃麻纖維用粉碎機(jī)打成粉末，過60目篩，得到預(yù)處理后的黃麻粉末。在70℃水浴條件下，將預(yù)處理后的黃麻粉末加入到3wt%H2O2/4wt%NaOH溶液中處理90min。
第四步，然后再進(jìn)行功率為50W，時(shí)間為30min的超聲波處理，處理后的黃麻粉末清洗低溫烘干，得到黃麻粉體。
第五步，稱取4g黃麻粉體放置于真空干燥箱中干燥24小時(shí)，溶解在-10℃預(yù)冷的7wt%NaOH/12wt%尿素/81wt%水溶液中，溶解得到一定濃度的纖維素溶液。4000r/min離心15分鐘，去除纖維素溶液中不溶解的物質(zhì)和氣泡。
第六步，稱取0.7gN，N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)加入到離心后的纖維素溶液中，室溫下攪拌40min分鐘，倒入孔板中，放置4小時(shí)，得到交聯(lián)的纖維素水凝膠。
第七步，將所得的纖維素水凝膠用去離子水和無水乙醇洗滌多次，直至水凝膠達(dá)到溶脹平衡且為中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷凍4小時(shí)，經(jīng)冷凍干燥得到纖維素氣凝膠。
第八步，所得氣凝膠置于密封的干燥器中，同時(shí)在該干燥器內(nèi)放置一個含有2mL甲基三氯硅烷(MTCS)的敞口小玻璃杯，然后將該干燥器在50℃條件下密封24小時(shí)進(jìn)行硅烷化反應(yīng)。
第九步，將硅烷化的纖維素氣凝膠在常溫條件下置于真空干燥箱內(nèi)24小時(shí)去除未反應(yīng)的硅烷，即得疏水性纖維素氣凝膠。
實(shí)施例2
一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：
第一步，將黃麻原料剪成5cm長的黃麻纖維段，浸泡于0.3wt%硫酸溶液中，
60℃處理1.5小時(shí)，然后用去離子水沖洗至中性。
第二步，將洗凈后的黃麻纖維用二甲基亞礬(DMSO)處理，在80℃水浴溫度條件下反應(yīng)2.5小時(shí)，用蒸餾水沖洗后將試樣置于真空烘箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度為70℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)，得到預(yù)處理的黃麻纖維.
第三步，將預(yù)處理后的黃麻纖維用粉碎機(jī)打成粉末，過60目篩，得到預(yù)處理后的黃麻粉末。在75℃水浴條件下，將預(yù)處理后的黃麻粉末加入到一定濃度的4wt%H2O2/4wt%NaOH溶液中處理100min。
第四步，然后再進(jìn)行功率為50W，時(shí)間為40min的超聲波處理，處理后的黃麻粉末清洗低溫烘干，得到黃麻粉體。
第五步，稱取5g黃麻粉體放置于真空干燥箱中干燥24小時(shí)，溶解在-10℃預(yù)冷的7wt%NaOH/12wt%尿素/81wt%水溶液中，溶解得到一定濃度的纖維素溶液。4500r/min離心10分鐘，去除纖維素溶液中不溶解的物質(zhì)和氣泡。
第六步，稱取1g聚乙二醇二縮水甘油醚(PEGDE)加入到離心后的纖維素溶液中，室溫下攪拌50min分鐘，倒入孔板中，放置5小時(shí)，得到交聯(lián)的纖維素水凝膠。
第七步，將所得的纖維素水凝膠用去離子水和無水乙醇洗滌多次，直至水凝膠達(dá)到溶脹平衡且為中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷凍6小時(shí)，經(jīng)冷凍干燥得到纖維素氣凝膠。
第八步，所得氣凝膠置于密封的干燥器中，同時(shí)在該干燥器內(nèi)放置一個含有4mL三甲基氯硅烷(TMCS)的敞口小玻璃杯，然后將該干燥器在50℃條件下密封24小時(shí)進(jìn)行硅烷化反應(yīng)。
第九步，將硅烷化的纖維素氣凝膠在常溫條件下置于真空干燥箱內(nèi)24小時(shí)去除未反應(yīng)的硅烷，即得疏水性纖維素氣凝膠。
實(shí)施例3
一種黃麻纖維基高吸附性疏水纖維素氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：
第一步，將黃麻原料剪成4cm長的黃麻纖維段，浸泡于0.5wt%硫酸溶液中，
70℃處理1小時(shí)，然后用去離子水沖洗至中性。
第二步，將洗凈后的黃麻纖維用二甲基亞礬(DMSO)處理，在80℃水浴溫度條件下反應(yīng)3小時(shí)，用蒸餾水沖洗后將試樣置于真空烘箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度為80℃，干燥時(shí)間為24小時(shí)，得到預(yù)處理的黃麻纖維.
第三步，將預(yù)處理后的黃麻纖維用粉碎機(jī)打成粉末，過60目篩，得到預(yù)處理后的黃麻粉末。在60℃水浴條件下，將預(yù)處理后的黃麻粉末加入到一定濃度的3wt%H2O2/5wt%NaOH溶液中處理100min。
第四步，然后再進(jìn)行功率為50W，時(shí)間為50min的超聲波處理，處理后的黃麻粉末清洗低溫烘干，得到黃麻粉體。
第五步，稱取3g黃麻粉體放置于真空干燥箱中干燥24小時(shí)，溶解在-10℃預(yù)冷的7wt%NaOH/12wt%尿素/81wt%水溶液中，溶解得到一定濃度的纖維素溶液。5000r/min離心20分鐘，去除纖維素溶液中不溶解的物質(zhì)和氣泡。
第六步，稱取0.8g戊二醛加入到離心后的纖維素溶液中，室溫下攪拌55min分鐘，倒入孔板中，放置6小時(shí)，得到交聯(lián)的纖維素水凝膠。
第七步，將所得的纖維素水凝膠用去離子水和無水乙醇洗滌多次，直至水凝膠達(dá)到溶脹平衡且為中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷凍6小時(shí)，經(jīng)冷凍干燥得到纖維素氣凝膠。
第八步，所得氣凝膠置于密封的干燥器中，同時(shí)在該干燥器內(nèi)放置一個含有3mL甲基三甲氧基硅烷(MTMS)的敞口小玻璃杯，然后將該干燥器在50℃條件下密封24小時(shí)進(jìn)行硅烷化反應(yīng)。
第九步，將硅烷化的纖維素氣凝膠在常溫條件下置于真空干燥箱內(nèi)24小時(shí)去除未反應(yīng)的硅烷，即得疏水性纖維素氣凝膠。
最后應(yīng)說明的是：這些實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的范圍。此外，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
摘自國家發(fā)明專利，發(fā)明人：汪濟(jì)奎，張釗，申請?zhí)?/font>：202210789651.8，申請日：2022.07.06
