[發明專利]一種超疏水棉纖維素氣凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810588704.3
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN110575794A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 王錦濤;韓鳳蘭
• 申請（專利權）人: 北方民族大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/40;E02B15/04;B01D17/02;B01D17/022
• 代理公司: 11535 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉元霞

本發明屬于氣凝膠領域，公開了一種超疏水棉纖維素氣凝膠、及其制備方法和應用。超疏水棉纖維素氣凝膠，其是由棉纖維為原料制得的，所述超疏水棉纖維素氣凝膠具有三維網絡多孔結構，且表面帶有疏水基團，其水接觸角為140～155°。采用棉纖維配制棉纖維素溶液，然后依次得到棉纖維素水凝膠、親水性棉纖維素氣凝膠，對親水性棉纖維素氣凝膠進行疏水改性，即可得到超疏水棉纖維素氣凝膠。與有機合成吸油材料相比，該氣凝膠具有超輕、超疏水、更高的吸油倍率和保油性能。其制備方法具有工藝簡單、成本低廉、環保綠色的特點，適合工業化大生產，使得產品可在化學品加工、食品生產、廚房、汽修等行業所排放的含油廢水處理中得到廣泛應用。

技術領域

本發明屬于氣凝膠領域，涉及一種超疏水氣凝膠，特別涉及一種超疏水棉纖維素氣凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

石油泄漏和工業、生活廢油的排放給水生態環境造成了嚴重的污染。水中廢油如果得不到有效及時的處理，將會對周圍的環境和人體健康造成不可估量的危害。目前，比較受人們青睞的方法是采用各種有機合成材料如聚氨酯泡沫、聚丙烯纖維等作為吸附材料從含油廢水中選擇性吸附油并利用簡單的機械擠壓法回收油，最終達到油水分離的目的。盡管有機合成材料具有良好的親油疏水性，但是該類材料不易生物降解，廢棄后會對環境造成二次污染。因此，環境友好型、可降解吸油材料的開發越來越受到人們的關注。纖維素類材料是自然界最為豐富的天然高分子，由于其具有來源廣泛、可再生和可降解等特性，將其作為吸油材料的基體成為近些年的研究熱點。

纖維素氣凝膠是一種具有三維網絡結構的多孔材料，其具有良好的可降解性、低密度、高比表面積、高孔隙率等優異性能，可作為有機合成吸油材料的理想替代品，在含油廢水處理領域呈現出較大的應用前景。但目前研究的纖維素氣凝膠大多都是以分離的納米纖維素為原料而得到，其制備方法繁瑣、成本過于昂貴，這嚴重限制了纖維素氣凝膠作為吸油材料的批量化生產及大規模應用。因此，需要開發一種價格低廉、簡單有效的方法制備纖維素氣凝膠，推動其在海面、河流和湖泊水面油污染處理中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種棉纖維素氣凝膠及其制備方法和應用，該氣凝膠具有低密度、高疏水度、高吸油倍率和優異的保油性能；其制備方法簡單有效、易操作、成本低，可實現氣凝膠的批量化生產，解決了現有纖維素氣凝膠制備成本高、制備工藝繁瑣，以及由制備方法而限制其作為油水分離材料的問題。

第一方面，本發明提供一種超疏水棉纖維素氣凝膠，其是由棉纖維為原料制得的，所述超疏水棉纖維素氣凝膠具有三維網絡多孔結構，且表面帶有疏水基團，其水接觸角為140～155°(優選，為150～155°)。

根據本發明，所述疏水基團由疏水改性劑引入，所述疏水改性劑選自有機硅烷；例如，所述有機硅烷選自R¹SiR²₃或聚硅氧烷中的一種或多種，其中，R¹選自烷基或鹵素，R²相同或不同，彼此獨立地選自烷氧基、鹵素或烷基；優選地，R¹選自甲基或氯，R²選自甲氧基、甲基或氯。例如，所述疏水改性劑選自甲基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、三甲基氯硅烷或甲基三氯硅烷中的至少一種；示例性地，所述疏水改性劑為甲基三甲氧基硅烷。

根據本發明，所述棉纖維的纖維素含量大于等于90wt％，例如大于等于93wt％，大于等于95wt％，大于等于97wt％。

根據本發明，所述超疏水棉纖維素氣凝膠的密度為0.01～0.1g/cm³，優選地，密度為0.02～0.08g/cm³，例如密度為0.025g/cm³、0.041g/cm³、0.062g/cm³、0.064g/cm³。

第二方面，本發明還提供一種親水性棉纖維素氣凝膠的制備方法，該方法包括以下步驟：