一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法

一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法
【專利摘要】一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，本發明涉及纖維素氣凝膠的制備方法。本發明要解決現有的纖維素氣凝膠存在吸油倍率較低，強親水性，因此不適用于油水分離材料的問題。方法：一、制備纖維素水溶液；二、制備納米纖絲化纖維素水分散液；三、制備濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液；四、凍結并干燥；五、疏水改性，即得到超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠。本發明制備的納米纖絲化纖維素氣凝膠超輕、疏水、高吸油率，制備過程簡單，原料來源廣泛、成本低廉且環保綠色。本發明用于一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法。
【專利說明】一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及纖維素氣凝膠的制備方法。
【背景技術】
[0002]石油泄漏給我們的生態環境帶來了沉重的災難。石油流入大海中，其本身含有的一些有毒物質流入生物鏈，其毒害作用從低等的藻類到高等的動植物無一幸免。且石油泄漏也對地下水、海洋生物、海水環境等造成不可估量的危害。目前，比較受人們青睞的處理石油泄漏的方法是采用某種特殊的、低廉的、高吸附性的、疏水親油的吸附材料從油水混合物中吸取石油并通過簡單的機械擠壓得到較純凈的石油，實現油水分離。纖維素氣凝膠作為新生的第三代氣凝膠，兼具了硅氣凝膠和聚合物基氣凝膠的高孔隙率、高比表面積、低聲速、低光折射率、低介電常數和低熱傳導系數等優良性質，同時融入了自身的優異性能，如良好的生物相容性、可降解性和親水性，在制藥、處理原油泄漏等領域具有很大的應用前
旦
[0003]目前作為纖維素氣凝膠的重要一類一再生纖維素氣凝膠是發展得比較成熟的一類纖維素氣凝膠，也是目前比較常見的纖維素氣凝膠，在其制備過程中需要經由纖維素溶解這一過程，但由于纖維素自身的高結晶度等性質，使其很難溶于一般溶劑。在過去的一個世紀，雖然很多的新溶劑體系被發現，如:液氨/硫氰酸銨(nh3/nh4scn)，金屬硫氰酸鹽(Ca (SCN)2, NaSCN, KSCN, LiSCN)，氯化鋰 /N-N- 二甲基乙酰胺(LiCl/DMAC)和二甲基亞砜(DMSO)等，但是由于揮發性、毒性和高成本等原因，大部分的溶劑體系仍局限于實驗室范圍內應用。綠色、低成本的纖維素溶劑的匱乏嚴重限制了纖維素氣凝膠的工業化生產及應用。此外，據報道，一般的纖維素氣凝膠作為吸油材料，其吸油倍率均不高(低于100倍)，且由于原材料纖維素本身具有極強的親水性，使得一般的纖維素氣凝膠具有良好的吸水性能。因此，一般未經化學修飾的纖維素氣凝膠仍無法用于油水分離材料等領域。
[0004]綜上所述，現有的纖維素氣凝膠存在吸油倍率較低(低于100倍)，強親水性，因此不適用于油水分離材料的問題。

【發明內容】

[0005]本發明是要解決現有的纖維素氣凝膠存在吸油倍率較低(低于100倍)，強親水性，因此不適用于油水分離材料的問題，而提供了一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法。
[0006]一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0007]—、制備纖維素水溶液:按質量份數稱取1份~100份的纖維素和100份~10000份的水；將1份~100份的纖維素加入到100份~10000份的水中，攪拌均勻，得到纖維素水溶液；[0008]二、制備納米纖絲化纖維素水分散液:①、將纖維素水溶液放入溫度為-100°C~100°C和輸出功率為IOW~1000W的超聲細胞破碎機中、在溫度為-100°c~100°C和輸出功率為IOW~1000W的超聲細胞破碎機中超聲處理0.01s~60s后，暫停超聲處理0.01s~60s ;③、以步驟二②為一個循環過程，以超聲處理時間與暫停超聲處理時間為總工作時間，步驟二②循環進行至總工作時間為Imin~lOOOmin，得到納米纖絲化纖維素水分散液；
[0009]三、制備濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液:取納米纖絲化纖維素水分散液的上清液，依次采用去離子水、無水乙醇和叔丁醇對上清液進行置換，得到濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液；
[0010]四、凍結并干燥:在溫度為-100°C~-rc下，將濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液凍結，得到凍結的納米纖絲化纖維素凝膠，然后將凍結的納米纖絲化纖維素凝膠干燥，得到超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠；
[0011]五、疏水改性:將超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠置于玻璃干燥器中，滴入疏水改性劑，在溫度為-100°c~500°C下處理Ih~100h，即得到超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠；
[0012]所述的超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠的質量與疏水改性劑的體積比為lg: (ImL ~1000mL)。
[0013]本發明的有益效果是:一、本發明制備的納米纖絲化纖維素氣凝膠疏水，接觸角可達到142°，解決了纖維素氣凝膠強親水性的缺陷；二、本發明制備的納米纖絲化纖維素氣凝膠密度低(0.5mg/cm3~2mg/cm3)，吸油倍率高(500~1000倍);三、本發明提供的制備方法，制備過程簡單，不需要昂貴設備，原料來源廣泛、成本低廉且環保綠色，制備方法安全性高，不會給環境帶來污染；四、本發明所用纖維素來源廣泛，可選擇范圍大。
`[0014]本發明用于一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的宏觀照片圖；
[0016]圖2為實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的SEM圖；
[0017]圖3為實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的宏觀疏水效果圖；
[0018]圖4為實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的接觸角測試圖；
[0019]圖5為實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的油水分離試驗前對照圖，a容器為蒸餾水，b容器為油水混合液；
[0020]圖6為實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的油水分離試驗后對照圖，a容器為蒸餾水，b容器為油水混合液。
【具體實施方式】
[0021]本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0022]【具體實施方式】一:本實施方式所述的一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0023]—、制備纖維素水溶液:按質量份數稱取1份~100份的纖維素和100份~10000份的水；將1份~100份的纖維素加入到100份~10000份的水中，攪拌均勻，得到纖維素水溶液；
[0024]二、制備納米纖絲化纖維素水分散液:①、將纖維素水溶液放入溫度為-100°C~100°C和輸出功率為IOW~1000W的超聲細胞破碎機中、在溫度為-100°c~100°C和輸出功率為IOW~1000W的超聲細胞破碎機中超聲處理0.01s~60s后，暫停超聲處理0.01s~60s ;③、以步驟二②為一個循環過程，以超聲處理時間與暫停超聲處理時間為總工作時間，步驟二②循環進行至總工作時間為Imin~lOOOmin，得到納米纖絲化纖維素水分散液；
[0025]三、制備濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液:取納米纖絲化纖維素水分散液的上清液，依次采用去離子水、無水乙醇和叔丁醇對上清液進行置換，得到濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液；
[0026]四、凍結并干燥:在溫度為-100°C~_rC下，將濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液凍結，得到凍結的納米纖絲化纖維素凝膠，然后將凍結的納米纖絲化纖維素凝膠干燥，得到超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠；
[0027]五、疏水改性:將超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠置于玻璃干燥器中，滴入疏水改性劑，在溫度為-100°c~500°C下處理Ih~100h，即得到超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠；
[0028]所述的超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠的質量與疏水改性劑的體積比為lg: (ImL ~1000mL)。
[0029]本實施方式的有益效果是:一、本實施方式制備的納米纖絲化纖維素氣凝膠疏水，接觸角可達到142°，解決了纖維素氣凝膠強親水性的缺陷；二、本實施方式制備的納米纖絲化纖維素氣凝膠密度低(0.5mg/cm3~2mg/cm3)，吸油倍率高(500~1000倍);三、本實施方式提供的制備方法，制備過程簡單，不需要昂貴設備，原料來源廣泛、成本低廉且環保綠色，制備方法安全性高，不會給環境帶來污染；四、本實施方式所用纖維素來源廣泛，可選擇范圍大。
[0030]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述的纖維素以椰殼、棉花、濾紙、竹纖維、紙漿、木材或秸桿為原料通過化學法提純得到的。其它與【具體實施方式】一相同。
[0031]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同的是:步驟一中所述的水為蒸餾水、去離子水或超純水。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0032]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟三中所述的置換具體方法為:先用去離子水置換，置換時間為Ih~24h,置換次數為I次~100次，然后用無水乙醇置換，置換時間為Ih~24h,置換次數為I次~100次,最后用叔丁醇置換，置換時間為Ih~24h,置換次數為I次~100次。其它與【具體實施方式】一至三相同。
[0033]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟四中所述的干燥為臨界點干燥、冷凍干燥或超臨界干燥。其它與【具體實施方式】一至四相同。
[0034]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟五中所述的疏水改性劑為聚四氟乙烯、聚苯乙烯-b_聚二甲基硅氧烷、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、七氟丙烯酸酯、六甲基二硅胺烷、三甲基氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、甲基丙烯酸甲酯或含氟甲基丙烯酸酯。其它與【具體實施方式】一至五相同。
[0035]采用以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0036]實施例:
[0037]本實施例所述的一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0038]一、制備纖維素水溶液:按質量份數稱取1份的纖維素和100份的水；將1份的纖維素加入到100份的水中，攪拌均勻，得到纖維素水溶液；
[0039]所述的纖維素以廢棄的椰殼為原料通過化學法提純得到的；所述的水為蒸餾水；
[0040]二、制備納米纖絲化纖維素水分散液:①、將纖維素水溶液放入溫度為-20°C和輸出功率為300W的超聲細胞破碎機中、在溫度為_20°C和輸出功率為300W的超聲細胞破碎機中超聲處理0.5s后，暫停超聲處理0.5s ;③、以步驟二②為一個循環過程，以超聲處理時間與暫停超聲處理時間為總工作時間，步驟二②循環進行至總工作時間為60min，得到納米纖絲化纖維素水分散液；
[0041]三、制備濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液:取納米纖絲化纖維素水分散液的上清液，依次采用去離子水、無水乙醇和叔丁醇對上清液進行置換，得到濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液；`
[0042]所述的置換具體方法為:先用去離子水置換，置換時間為6h，置換次數為4次，然后用無水乙醇置換，置換時間為8h,置換次數為4次,最后用叔丁醇置換,置換時間為6h,置換次數為4次。
[0043]四、凍結并干燥:在溫度為_55°C下，將濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液凍結，得到凍結的納米纖絲化纖維素凝膠，然后將凍結的納米纖絲化纖維素凝膠干燥，得到超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠；
[0044]所述的干燥為臨界點干燥；
[0045]五、疏水改性:將0.01g超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠至于置于玻璃干燥器中，滴入300mL疏水改性劑，在溫度為20°C下處理24h，即得到到超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠；
[0046]所述的疏水改性劑為三甲基氯硅烷。
[0047]本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的宏觀照片圖如圖1所示，由圖可知本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠為白色圓柱體，且形狀規整，表明該材料具有良好的成形能力。
[0048]本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的SEM圖如圖2，由圖可知本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠具有致密、連續、交織的片狀結構，預示該材料可能具有優良的吸油能力。
[0049]本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的宏觀疏水效果圖如圖3所示，由圖可知本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠表面上的水珠形狀飽滿、完整，且水珠并未滲透到納米纖絲化纖維素氣凝膠內部，表明該材料具有良好的疏水性能。
[0050]本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的接觸角測試圖如圖4所示，由圖可知本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠具有良好的疏水性能，測試結果表明接觸角高達141°。
[0051]本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的油水分離試驗前對照圖如圖5所示，a容器為蒸餾水，b容器為油水混合液，由圖可知a容器和b容器顏色差異明顯，且b容器的邊緣有明顯的油滴。
[0052]本實施例制備的超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的油水分離試驗后對照圖如圖6所示，a容器為蒸餾水，b容器為油水混合液，由圖可知a容器和b容器顏色相近，b容器的 顏色相對于試驗前(圖5中b容器)明顯變淺，且b容器邊緣的油滴已經消失，同時這類納米纖絲化纖維素氣凝膠已由吸油前白色的圓柱形轉變為吸油后黑色略微皺縮狀，這均證明了這類超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠具有良好的油水分離能力。
【權利要求】
1.一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法是按照以下步驟進行的: 一、制備纖維素水溶液:按質量份數稱取1份~100份的纖維素和100份~10000份的水；將1份~100份的纖維素加入到100份~10000份的水中，攪拌均勻，得到纖維素水溶液； 二、制備納米纖絲化纖維素水分散液:①、將纖維素水溶液放入溫度為-100°C~100°C和輸出功率為1OW~1000W的超聲細胞破碎機中、在溫度為-100°c~100°C和輸出功率為IOW~1000W的超聲細胞破碎機中超聲處理0.01s~60s后，暫停超聲處理0.01s~60s 、以步驟二②為一個循環過程，以超聲處理時間與暫停超聲處理時間為總工作時間，步驟二②循環進行至總工作時間為Imin~lOOOmin，得到納米纖絲化纖維素水分散液； 三、制備濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液:取納米纖絲化纖維素水分散液的上清液，依次采用去離子水、無水乙醇和叔丁醇對上清液進行置換，得到濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液； 四、凍結并干燥:在溫度為-1oo°c~-rc下，將濃凝膠狀的納米纖絲化纖維素分散液凍結，得到凍結的納米纖絲化纖維素凝膠，然后將凍結的納米纖絲化纖維素凝膠干燥，得到超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠； 五、疏水改性:將超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠置于玻璃干燥器中，滴入疏水改性劑，在溫度為-100°C~500°C下處理1h~100h，即得到超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠； 所述的超輕的納米纖絲化纖維素氣凝膠的質量與疏水改性劑的體積比為lg: (1mL~1000mL)ο
2.根據權利要求1所述的一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟一中所述的纖維素以椰殼、棉花、濾紙、竹纖維、紙漿、木材或秸桿為原料通過化學法提純得到的。
3.根據權利要求1所述的一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟一中所述的水為蒸餾水、去離子水或超純水。
4.根據權利要求1所述的一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟三中所述的置換具體方法為:先用去離子水置換，置換時間為1h~24h,置換次數為1次~100次,然后用無水乙醇置換,置換時間為1h~24h,置換次數為1次~100次,最后用叔丁醇置換,置換時間為1h~24h,置換次數為1次~100次。
5.根據權利要求1所述的一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟四中所述的干燥為臨界點干燥、冷凍干燥或超臨界干燥。
6.根據權利要求1所述的一種超輕、疏水、高吸油率的納米纖絲化纖維素氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟五中所述的疏水改性劑為聚四氟乙烯、聚苯乙烯-b_聚二甲基硅氧烷、低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、七氟丙烯酸酯、六甲基二硅胺烷、三甲基氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、甲基丙烯酸甲酯或含氟甲基丙烯酸酯。
【文檔編號】C08L1/02GK103756006SQ201410024893
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】李堅, 萬才超, 孫慶豐, 盧蕓, 高麗坤, 甘文濤 申請人:東北林業大學