[發明專利]一種納米纖維素氣凝膠微球涂布濾紙的制備方法

有效

• 申請號: 201710078475.6
• 申請日: 2017-02-14
• 公開（公告）號: CN106944328B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 張放;張輝;竇靖;鄧渝林
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: B05D7/24
• 分類號: B05D7/24;B05D7/00;B05D3/10;B01D17/02;B01D39/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于油水分離技術，特別是涉及一種用于油水分離的納米纖維素氣凝膠微球涂布濾紙的制備方法。

背景技術

由于日益增多的含油廢水、頻繁的溢油事故和持續發展的石油及相關工業，含油污染物、特別是小含量油污染物更難處理，引起了人們對水生生態系統和人類健康的密切關注。許多技術，如過濾、氣浮、吸油材料、混凝和絮凝技術已經被開發，用作從水中除去油污污染。其中，過濾由于其較高的效率和良好的經濟性，成為一種最有效和最流行的用于從廢水中去除油性污染物的方法。目前已經存在多種方法制備了用于油水分離的材料，如化學蝕刻、電紡絲技術、水熱法、自組裝過程等。油/水分離是一種界面現象，“在空氣和水中的疏水親油”、“水下超疏油”和“油下超疏水”是實現油水分離的幾種主要途徑。要實現這些功能需要：創造一個適當的具有微米/納米粗糙的表面，并且創造出具有特定表面能的界面。這些材料包括聚氨酯薄膜與聚苯乙烯的聚合物復合膜，電化學沉積法、濕法化學方法修飾過的不銹鋼絲網以及金屬網格的聚氨酯浸漬沉積銅網等。由于昂貴的材料，復雜的制造程序，這些用作油水分離功能材料的制備和大規模應用有很多很多限制。如果研制出一種環保、高效、成本較低、制作簡單的含油廢水分離凈化技術或材料，則可得到較好的應用效果。

纖維素是地球上最豐富的生物聚合物，此外，它是可再生的，成本低，安全穩定。目前，用普通纖維素纖維制成的濾紙已經得到廣泛應用，濾紙不同于其他材料，它的物理強度和化學穩定性都相對比較強。前人報道了幾種制備超疏水濾紙的方法：在普通工業濾紙紙基上加工，如采用苯甲酸和馬來酸酐制備超疏水濾紙，然后采用氟化水性環氧乳液降低表面能；用二氧化硅粒子和聚二烯丙基二甲基氯化銨提高紙張表面的粗糙度來制備超疏水紙；利用蒸發儀器在紙上涂納米顆粒懸浮液制備超疏水紙；通過連續氬等離子體處理并得到超疏水紙；利用非晶態二氧化鈦制備超疏水濾紙等。這些傳統的油水分離濾紙雖然濾紙原紙比較廉價易得，但是修飾濾紙所需材料昂貴、設備器材以及制備過程復雜；并且現有技術中，用作油水分離的濾紙，未見同時能夠具有水下超疏油和油下超疏水以及空氣中超疏水多功能材料的報道。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術中油水分離濾紙以及制備中存在的缺陷，提供一種具有微米/納米雙層次結構的粗糙表面的納米纖維素氣凝膠微球涂布濾紙的制備方法。

本發明所述的一種納米纖維素氣凝膠微球涂布濾紙的制備方法，包括以下步驟：

(1)將含有交聯劑的納米纖維素冰晶微球在低溫液氮下涂抹在工業濾紙上，然后冷凍干燥；

(2)將步驟(1)冷凍干燥所得膠聯涂布濾紙置于真空環境，在118～125℃下反應3～3.2h，得納米纖維素氣凝膠微球涂布濾紙。

步驟(1)中，所用納米纖維素冰晶微球的制備方法參考“童國林，張放，等.超聲波霧化法制備纖維素納米纖維氣凝膠微球的工藝：中國，ZL201610252156.8[P]”和“張放，Fang Zhang,Hao Ren,Jing Dou.Cellulose Nanofibril Based-Aerogel Microreactors:A High Efficiency and Easy Recoverable W/O/W Membrane Separation System[J].Scientific Report,7:40096|DOI:10.1038/srep40096”。納米纖維素冰晶微球為上述制備方法中的中間產物，該納米纖維素冰晶微球經過冷凍干燥轉化成為納米纖維素氣凝膠微球，又稱CNF氣凝膠微球。

本發明制備方法中，將含有交聯劑的納米纖維素冰晶微球在低溫液氮條件下涂抹到濾紙上，經過冷凍干燥得到納米纖維素氣凝膠微球涂布濾紙；為了進一步強化膠聯反應，以便于形成微球之間、微球與濾紙表面的纖維素大分子之間的緊密的膠聯結構，使涂層牢固穩定，特進行了步驟(2)的加熱反應，最終獲得納米纖維素氣凝膠微球涂布濾紙。

步驟(1)中，冷凍干燥是指在－50℃～－55℃下處理12～12.5h。

優選的，步驟(1)中，所述交聯劑為PAE樹脂。

步驟(1)中，所述交聯劑的含量為納米纖維素冰晶微球重量的1.3～1.8％。

優選的，步驟(2)中，反應溫度為120℃，反應時間為3h。