一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，属于功能性生物质材料开发领域。目的在于提高木质纤维生物质原料的利用价值，同时解决超疏水材料制备工艺复杂、成本较高的问题。本发明专利技术涉及的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，包括以下步骤：(1)采用粉碎机将木质纤维素原料粉碎成粉料；(2)将步骤(1)制得的木质纤维粉末接枝二氧化硅粒子；(3)将步骤(2)制得的接枝了二氧化硅粒子的木质纤维粉末固体加入硅烷偶联剂进行超疏水改性，制得超疏水木质纤维粉末。本发明专利技术制备的超疏水木质纤维粉末属于高附加值产品，拓宽了木质纤维生物质原料的资源化利用，降低了疏水材料的生产成本，制备工艺简单，容易控制。

A Super Hydrophobic Wood Fiber Powder and Its Preparation Method

The invention relates to a superhydrophobic wood fiber powder and a preparation method thereof, belonging to the field of functional biomass material development. The purpose is to improve the utilization value of lignocellulosic biomass raw materials, and to solve the problems of complex preparation process and high cost of superhydrophobic materials. The invention relates to a superhydrophobic wood fiber powder and its preparation method, which comprises the following steps: (1) crushing lignocellulosic raw materials into pulverizers by means of a pulverizer; (2) grafting the wood fiber powder prepared by steps (1) grafting silica particles; (3) superhydrophobic modification of the wood fiber powder prepared by steps (2) solid addition of silica particles to silane coupling agent; Super hydrophobic wood fiber powder was prepared. The superhydrophobic lignocellulosic fiber powder prepared by the invention belongs to a product with high added value, widens the resource utilization of lignocellulosic biomass raw materials, reduces the production cost of the hydrophobic material, and has simple preparation process and easy control.

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法
本专利技术属于功能性生物质材料开发领域，主要涉及一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法。
技术介绍
木质纤维生物质是光合作用产生的有机物。绿色植物利用叶绿素通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在木质纤维生物质中，通过一定的方法，即可生成一种环境友好、可再生的低碳能源，具有来源广、储量丰富、可再生、低污染等优点，木质纤维生物质广泛存在于自然界中，其主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。木质纤维生物质原料具有含碳量高、灰分低、来源丰富、可再生、来源广泛、廉价易得等特点，成为很多材料制备的前驱体。如锯末、杏核、油茶壳、花生壳、椰子壳、玉米芯等可作为制备活性炭的原料；以黑芝麻、黑木耳、紫菜、香菇等木质纤维生物质为前驱体制备碳纳米管；此外，研究人员以杂草、塑料、花瓣、甘蔗渣、报纸为前驱体在镍片和Cu箔上生长石墨烯。以木质纤维生物质为原料制备各种材料可以有效实现其资源化、高值化和商品化，不仅能节约资源也可以有效地降低生产成本，同时还可以减少对环境的污染。近年来，由于频繁发生的油污染事故，使得油污染成为备受关注的全球性环境问题，因此急需发展一种用于分离/去除水中污染物的方法。超疏水材料是一种与水接触角大于等于150°的材料，由于其具有超疏水超亲油特性，使得其在水油分离领域具有极好的应用前景。三维多孔材料大的表面积和表面粗糙度使得其在吸附过程中具有较好的吸附动力学，可较快的达到吸附平衡，可作为油吸附剂的一种潜在材料。三维多孔结构超疏水材料不仅可为油相提供巨大的存储空间，经过机械挤压即可达到将吸附的油相快捷分离，便于其循环利用。因此，如何在三维多孔材料基底进行简单、易操作的改性制备超疏水材料成为要解决的主要问题。将超疏水表面构造在网状或多孔性物质上，可以实现油水分离，这在控制或减轻由石油频繁泄露所引起的海洋污染方面展现出巨大的应用潜力，十分有助于保护海洋环境和推动海洋产业的可持续发展。然而，目前超疏水材料在制备的工艺和过程中还存在着一些问题：大部分超疏水材料为了提高其超疏水性能，对其表面采用含氟类化学物质进行低表面能修饰，大大提高了其成本；很多超疏水材料制备步骤复杂，制备条件苛刻，制备周期长；并且超疏水材料表面在外界环境作用下其超疏水性能易遭到破坏。以上这些问题制约了超疏水材料在油水分离领域的实际应用，因此价格低廉的原料，简单的制备过程，表面强的机械稳定性将是未来制备超疏水表面的研究热点。综上，木质纤维生物质原料作为一种廉价易得、来源丰富、可再生的蓬松多孔性材料，具有制备疏水材料的可能；现有超疏水材料的制备工艺复杂，成本较高，周期长，并且其超疏水性能不稳定。在此基础上，我们将疏水性与木质纤维生物质原料有机结合，制备出超疏水的木质纤维生物质材料，将会进一步地拓宽木质纤维生物质原料的应用，提高其经济价值，同时有助于解决疏水材料成本高、制备工艺复杂等问题。
技术实现思路
针对现有超疏水材料的制备工艺复杂，成本较高，周期长，并且其超疏水性能不稳定的缺陷，本专利技术的目的在于提高木质纤维生物质原料的利用价值，同时解决超疏水材料的高成本问题，提供了一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，该超疏水的木质纤维生物质材料充分利用了木质纤维生物质原料疏松、多孔、价廉的优点，结合现有的超疏水技术，制备出有极大应用前景的超疏水木质纤维生物质材料。本专利技术所采用的技术方案是：一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，包括以下步骤：(1)取一定量的木质纤维素原料，采用粉碎机粉碎成粉料；(2)将步骤(1)制得的木质纤维粉末接枝二氧化硅粒子：按体积比1：12～15将氨水和乙醇溶液混合加入三角烧瓶中，另按体积比1：5～8取一定量的硅酸四乙酯溶解于乙醇溶液中，使其在乙醇溶液中充分分散，之后将所得硅酸四乙酯溶液加入上面所述三角烧瓶中，再称取5～15份的纤维粉末固体，一并加入上面所述三角烧瓶中，并不断磁力搅拌使其充分反应12h，将所得混合物置于80℃的烘箱中烘干，得到接枝了二氧化硅的木质纤维粉末固体。(3)将步骤(2)制得的木质纤维粉末固体进行超疏水改性：将接枝了二氧化硅粒子的纤维粉末取5～10份，加入庚烷溶解的硅烷偶联剂中，不断磁力搅拌使之反应18h，将得到的固体于烘箱内蒸干。根据本专利技术专利提供的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法中，步骤(1)中所述的木质纤维原料包含有咖啡渣、花生壳、秸秆、木材、木屑、芦苇、稻壳、玉米杆、甘蔗渣和玉米芯。根据本专利技术专利提供的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法中，步骤(1)中所述的木质纤维粉料大小为20～200目。根据本专利技术专利提供的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法中，步骤(2)中，磁力搅拌转速为300～500r/min。根据本专利技术专利提供的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法中，步骤(3)中所述的硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷)、A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)、十八烷基硅氯烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛烷中的一种或者多种混合。根据本专利技术专利提供的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法中，步骤(3)中所述的硅烷偶联剂与庚烷的体积比为1：400～1:1000。根据本专利技术专利提供的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法中，步骤(3)中所述的硅烷偶联剂相对于木质纤维粉料的质量分数为0.1％～2％。根据本专利技术专利提供的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法中，步骤(3)中磁力搅拌转速为300～500r/min，烘干温度为40～120℃。本专利技术有益效果是：1、本专利技术所提供的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，对木质纤维粉末进行超疏水改性，制备的超疏水木质纤维粉末属于高附加值产品，进一步拓宽木质纤维生物质原料的资源化利用，提高了木质纤维生物质原料的经济价值。2、本专利技术所述的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，所用原料属于可持续发展的生物质资源，安全无毒且易于降解、价格低廉、产量丰富，制备的疏水材料无毒性，不会对设备产生腐蚀、不会给环境带来污染，还可降低原料成本。3、本专利技术所述的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，所用设备简单常见，制备方法简单，工艺容易控制且生产成本低。4、本专利技术所述的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，所制备的超疏水木质纤维粉末超疏水性能稳定。下面结合附图对本专利技术作进一步说明，以咖啡渣为例。附图说明图1中(a)为本实施案例1所用咖啡渣原料的电镜图图1中(b)为实施案例1接枝了二氧化硅的咖啡渣电镜图图1中(c)和(d)为咖啡渣加入硅烷偶联剂改性后的电镜图图2为实施案例1制备的超疏水咖啡渣的静态接触角图具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，技术工艺步骤，具体实施条件和材料，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的木质纤维原料包含有咖啡渣、花生壳、秸秆、木材、木屑、芦苇、稻壳、玉米杆、甘蔗渣和玉米芯等一切木质纤维类生物质。以下，以咖啡渣为例，对本专利技术具体实施进行说明。实施例1一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)取一定量的木质纤维素原料，采用粉碎机粉碎成粉料；(2)将步骤(1)制得的木质纤维粉末接枝二氧化硅粒子：按体积比1：12～15将氨水和乙醇溶液混合加入三角烧瓶中，另按体积比1：5～8取一定量的硅酸四乙酯溶解于乙醇溶液中，使其在乙醇溶液中充分分散，之后将所得硅酸四乙酯溶液加入上面所述三角烧瓶中，再称取5～15份的纤维粉末固体，一并加入上面所述三角烧瓶中，并不断磁力搅拌使其充分反应12h，将所得混合物置于80℃的烘箱中烘干，得到接枝了二氧化硅的木质纤维粉末固体。(3)将步骤(2)制得的木质纤维粉末固体进行超疏水改性，将接枝了二氧化硅粒子的纤维粉末取5～10份，加入庚烷溶解的硅烷偶联剂中，不断磁力搅拌使之反应18h，将得到的固体于烘箱内蒸干。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)取一定量的木质纤维素原料，采用粉碎机粉碎成粉料；(2)将步骤(1)制得的木质纤维粉末接枝二氧化硅粒子：按体积比1：12～15将氨水和乙醇溶液混合加入三角烧瓶中，另按体积比1：5～8取一定量的硅酸四乙酯溶解于乙醇溶液中，使其在乙醇溶液中充分分散，之后将所得硅酸四乙酯溶液加入上面所述三角烧瓶中，再称取5～15份的纤维粉末固体，一并加入上面所述三角烧瓶中，并不断磁力搅拌使其充分反应12h，将所得混合物置于80℃的烘箱中烘干，得到接枝了二氧化硅的木质纤维粉末固体。(3)将步骤(2)制得的木质纤维粉末固体进行超疏水改性，将接枝了二氧化硅粒子的纤维粉末取5～10份，加入庚烷溶解的硅烷偶联剂中，不断磁力搅拌使之反应18h，将得到的固体于烘箱内蒸干。2.根据权利要求1所述的一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的木质纤维原料包含有咖啡渣、花生壳、秸秆、木材、木屑、芦苇、稻壳、玉米杆、甘蔗渣和玉米芯。3.根据权利要求1一种超疏水的木质纤维粉末及其制备方法，其特征在于步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：田君飞，唐华，石聪灿，陈广学，徐军飞，吴静，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44