[發明專利]一種快速高容量智能型纖維素基吸油材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010868176.4
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111992191B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 覃程榮;何輝;朱紅祥;趙超;陳日梅;全宗艷;陳智平;王磊
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;B01D17/022;B01D17/04
• 代理公司: 廣西南寧公平知識產權代理有限公司 45104
• 代理人: 唐漢穎

本發明提供一種快速高容量智能型纖維素基吸油材料及其制備方法和應用，該材料包括智能響應層和吸附層；智能響應層為pH響應性能可調控的pH響應性納米纖維層，是通過在羧基化纖維素納米纖維上接枝超支化聚羧酸修飾的聚乙烯亞胺制得，超支化聚羧酸是以三羥甲基丙烷為核心、檸檬酸為反應單體、對甲苯磺酸為催化劑，在高溫下熔融縮聚制得；吸附層是通過羧基化纖維素納米纖維包覆四氧化三鐵制備磁性羧基化纖維素納米纖維，再用十六胺修飾制得。本發明的材料對多種油品具有快速吸附能力和較高的吸附容量，不僅可以吸附自由油品，還可對乳化油進行分離，對乳化油破乳后，再對油進行吸附，吸附后，可通過壓縮再生，同時可以通過磁分離回收。

技術領域

本發明屬于吸油材料和環境保護技術領域，具體涉及一種快速高容量智能型纖維素基吸油材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，隨著人們生活水平的提高，對石油及石油類產品的需求日益增加，而石油的開采、加工、儲存、運輸和使用過程中，會因各種事故原因發生泄漏，造成河流、湖泊、海洋的水環境的嚴重污染，引起不可估量的生態災難，甚至還會威脅近海漁業、水產養殖業、旅游業的發展，如何快速高效廉價地進行油水分離是本領域廣泛關注的問題。使用吸油材料進行油水分離處理是當前應對油泄漏最有效的方法之一。

吸油材料通常可以分為無機材料、有機合成材料和天然高分子材料。無機材料如活性炭、膨脹石墨、二氧化硅、有機化改性粘土等，但其吸油率低，回收困難；有機合成材料如聚丙烯、聚氨酯泡沫、丙烯酸酯類和烯烴類吸油樹脂等，它們都具有較好的親油性和吸油效率，但其再生性能差及難降解性導致其應用受到限制；廢棄高分子材料如廢瓦楞紙、廢毛衣、廢舊棉衣服等多孔性物質，靠毛細作用將油吸附于材料表面，但這些材料吸油速率慢，吸油倍率較低，油水選擇性差且回收原油需要耗費大量人力物力，因而限制了其應用。目前，開發一種吸油倍率高、吸油速率快、可再生、方便回收的多功能吸油材料是亟待解決的問題。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種快速高容量智能型纖維素基吸油材料，該材料是由智能響應層和吸附層組成的納米纖維基氣凝膠吸油材料，對多種油品具有快速吸附能力和較高的吸附容量，不僅可以吸附自由油品，還可對乳化油進行分離，對乳化油破乳后，再對油進行吸附，可實現2min內吸附容量大于112g/g；且具有很高的彈性-壓縮性能，吸附后，可通過壓縮再生，再生率高于90％，同時可以通過磁分離回收。

本發明解決上述技術問題，通過以下技術方案予以實現：

一種快速高容量智能型纖維素基吸油材料，該材料包括智能響應層和吸附層；所述智能響應層為pH響應性能可調控的pH響應性納米纖維層，是通過在羧基化纖維素納米纖維上接枝超支化聚羧酸修飾的聚乙烯亞胺制得，所述超支化聚羧酸修飾的聚乙烯亞胺上的氨基與羧基的摩爾比為1:0.1～0.5或1:1.5～2.0；所述超支化聚羧酸是以三羥甲基丙烷為核心、檸檬酸為反應單體、對甲苯磺酸為催化劑，在高溫下熔融縮聚制備得到；所述吸附層是通過羧基化纖維素納米纖維包覆四氧化三鐵制備磁性羧基化纖維素納米纖維，再用十六胺修飾磁性羧基化纖維素納米纖維制備得到；所述智能響應層和吸附層通過逐層真空抽濾的方式形成雙層結構，在形成雙層結構后，在低真空度條件下通過噴霧方式將交聯劑環氧氯丙烷噴于雙層結構表面，再經冷凍干燥形成氣凝膠，制得快速高容量智能型纖維素基吸油材料。

所述的快速高容量智能型纖維素基吸油材料，包括以下步驟的方法制備得到：

S1.羧基化纖維素納米纖維的制備：采用高碘酸鈉將紙漿纖維的纖維素結構單元的C₂和C₃上的羥基選擇性氧化為醛基，制備雙醛纖維；然后采用TEMPO試劑將雙醛纖維的纖維素結構單元的C₂、C₃上的醛基和C₆上的羥基氧化為羧基，制備羧基化纖維素納米纖維；

S2.吸附層的制備：