木棉纤维基弹性泡沫材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术涉及吸附材料技术领域，旨在提供一种木棉纤维基弹性泡沫材料的制备及应用。包括：取木棉纤维置于反应釜中，加入戊二醛溶液使木棉纤维完全浸没并持续浸泡；升温进行水热碳化反应，反应结束后自然冷却，得到块状棕色的弹性材料；先用去离子水再用无水乙醇进行浸泡和漂洗，直至最终浸泡液呈无色透明；自然晾干后，得到木棉纤维基弹性泡沫材料。本发明专利技术原料来源丰富、价格低廉，可弥补以传统方法制备炭基材料的不足；相对于高温碳化处理技术制备过程简单、生产成本低等特点。制备得到的具有双亲特征的弹性中空泡沫在保持了原有的亲油性能的基础上具有很好的亲水性能，对多种油、有机溶剂和水溶液中染料有显著的吸附效果，且可重复利用率高。

Preparation and application of kapok fiber based elastic foam

The present invention relates to the field of adsorption material, and aims to provide the preparation and application of kapok fiber elastic foam material. Including: kapok fiber in a reaction kettle, adding glutaraldehyde solution make kapok fiber completely submerged and continuous heating soaking; hydrothermal carbonization reaction, natural cooling after the reaction, the elastic material massive brown; first with deionized water and anhydrous ethanol to soak and rinse until the final soaking liquid is colorless and transparent; nature after drying, get the kapok fiber based elastic foam material. Compared with the high temperature carbonization treatment technique, the preparation method has the advantages of rich raw material sources and low price, and can be used for preparing carbon based materials by traditional methods. Prepared with the elastic characteristics of parents in the hydrophilic hollow foam has good performance of the lipophilic properties on the basis of a significant effect on the adsorption of various dyes oil, organic solvent and aqueous solution, and can be reused.

【技术实现步骤摘要】
木棉纤维基弹性泡沫材料的制备及应用
本专利技术涉及以生物质为碳源的吸附材料技术，具体涉及一种水热碳化制备的木棉纤维基弹性泡沫材料的制备及其应用。
技术介绍
随着工业化进程不断地加速，人类赖以生存的环境受到了巨大的污染。污染涉及水体、空气、土壤等。其中，水污染主要是由染料和原油、成品油泄露等所造成的。由炭基材料构建的宏观材料(例如海绵、泡沫、气凝胶、水凝胶等炭基材料)在吸附和分离、环境修复等领域有着广泛的应用，使其在过去的十几年中引起了研究者们极大的兴趣。具有大比表面积及独特的电化学性能的碳纳米管和石墨烯是比较优异的基本结构构件单元，但是大批量制备碳纳米管和石墨烯材料还是具有很大的挑战性。近年来，天然材料(例如纤维素、淀粉等)由于具有环境友好、生产批量化、成本低等优势，能够作为基本结构单元制备成三维的功能材料，广泛地应用在吸附分离领域。但由于加工工艺复杂使其在进一步推广中受到了阻碍。大尺寸管结构在吸附和分离领域尤为引人关注。与纳米管相比，大尺寸管结构提供的巨大通道不仅增加了其接触面而且还具有毛细管凝聚作用。目前，由大尺寸管结构组成的三维碳基材料少之又少。除了上述的特征以外，材料表面的特性也是至关重要的，这决定了材料在不同介质中的湿润度，很大程度上影响材料的实际应用。材料的表面特性主要由材料表面的分子结构决定，通过改变材料表面基团，可以赋予材料不同性能：超疏水行、超亲水性、双亲性；目前，都是通过对预成型的大尺寸管结构材料表面进行后修饰的方法，例如：添加静电效应、氢键、共价键、官能团等，来改变它们的表面特性。但是，对于这些宏观结构的额外化学修饰使实验步骤变得繁琐的同时还不利于其大规模生产。木棉纤维，是一种生长在木棉树果实纤维中的天然的管状纤维素材料，木棉纤维具有独特的薄壁大中空结构，中空度可以达到86％以上，是天然生态纤维中最细、最轻、中空度最高的，可用作隔热、吸声材料和救生衣的浮力材料。木棉纤维由于其表面附有的蜡质本身具有优异的超疏水性能，因此，近些年木棉纤维常被用作吸油材料。但是，原始的木棉纤维管的两端是封闭的。如果直接使用原始木棉纤维作为吸附材料，其吸收利用率很低且无法再次重复利用。目前也有在N2保护下1000℃高温碳化处理原始木棉纤维使之成为超疏水性材料的技术，虽然这种材料具有可重复使用、耐火、超疏水等性能，但存在相同体积下对有机溶剂吸附能力较弱，制备过程工艺要求复杂、生产成本高等弊端。同时，也正因为它的超疏水性能，导致无法吸收溶解于水中的色素。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种木棉纤维基弹性泡沫材料的制备及应用。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种木棉纤维基弹性泡沫材料的制备方法，包括下述步骤：(1)称取适量的木棉纤维，置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中；向反应釜中加入质量浓度为2.5～5％的戊二醛溶液，使木棉纤维完全浸没，并持续浸泡一段时间；(2)使反应釜升温进行水热碳化反应，控制反应温度为180～220℃，反应时间为12～24小时；反应结束后自然冷却，得到块状棕色的弹性材料；(3)先用去离子水再用无水乙醇对弹性材料进行浸泡和漂洗，直至最终浸泡液呈无色透明；将弹性材料自然晾干后，得到木棉纤维基弹性泡沫材料。本专利技术中，所述持续浸泡的时间为12小时。本专利技术中，所述先用去离子水再用无水乙醇对弹性材料进行浸泡和漂洗，是指：先用去离子水对弹性材料进行浸泡和漂洗，再用无水乙醇对弹性材料进行浸泡和漂洗。本专利技术还提供了所述木棉纤维基弹性泡沫材料作为吸附材料的应用。专利技术原理描述：本专利技术利用中空、超长的木棉纤维为炭源，这种天然材料由于表面附有一层蜡质本身，具有优异的超疏水能力。使用戊二醛作为结构增强剂，能保护木棉纤维的中空结构不坍塌和不被破坏。木棉纤维管壁主要由糖苷键联结的多糖网络结构组成，可以通过温和的水热碳化过程转化为具有更好稳定性和强度的富碳材料。经过本专利技术所述水热碳化后，可得到整体型面纤维基弹性泡沫，且木棉纤维表面的基团发生变化，使得到的木棉纤维基弹性泡沫具有两亲性，同时具有弹性和可重复吸附性能，可用于多种油、有机溶剂和水溶液中染料的吸附。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术利用木棉纤维通过一步法制备有端口开放的大孔管道的弹性泡沫，可以弥补以传统方法制备炭基材料的不足。2、本专利技术原料来源丰富、价格低廉，相对于现有的木棉纤维的处理技术(高温碳化)具有制备过程简单、生产成本低等特点。3、通过该方法制备得到具有双亲特征的弹性中空泡沫，与现有的木棉纤维处理技术所得到的疏水性的产物相比，双亲性弹性泡沫在保持了原有的亲油性能的基础上具有很好的亲水性能，对多种油、有机溶剂和水溶液中染料有显著的吸附效果，且木棉纤维基弹性泡沫的宏观整体结构且可重复利用率高，这使得木棉纤维弹性泡沫在海上废油和污水处理上有很好的应用。4、木棉泡沫的形状可调，加入的木棉纤维的量和聚四氟乙烯反应釜内衬的形状可直接决定弹性泡沫的大小和形状。附图说明图1是本专利技术实施例5中木棉纤维基弹性泡沫的扫描电镜照片(SEM)。其中左上为500倍率下的反应后的木棉纤维扫描电镜图，左下为3000倍率下的反应后的木棉纤维扫描电镜图，右上为13000倍率下的反应后的木棉纤维扫描电镜图，右下为80000倍率下的反应后的木棉纤维电镜图。图2是本专利技术实施例5中木棉纤维基弹性泡沫的XRD谱图；其中上图为反应前木棉纤维的XRD谱图，下图为反应后的木棉纤维的XRD谱图。图3是本专利技术实施例9中木棉纤维基弹性泡沫对各种有机溶剂的吸附率。图4是本专利技术实施例9中木棉纤维基弹性泡沫对食用油的吸油脱附率。图5是本专利技术实施例10中木棉纤维基弹性泡沫吸附色素前后罗丹明B的紫外吸收光谱。图6是本专利技术实施例10中木棉纤维基弹性泡沫吸附色素前后亚甲基蓝的紫外吸收光谱。图7是本专利技术实施例10中木棉纤维基弹性泡沫吸附色素前后荧光素的紫外吸收光谱。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1称取0.8g木棉纤维置于25ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加入浓度为2.5％的戊二醛溶液浸泡12小时。然后在180℃恒温下反应24小时，反应产物先用去离子水再用无水乙醇浸泡、漂洗后，自然晾干，即得到直径为2cm高为2.5cm的圆柱形弹性泡沫。实施例2本实施例与实施例1不同之处在于：步骤中所述的反应温度为220℃。其他与实施例1相同。实施例3本实施例与实施例1不同之处在于：步骤中所述的戊二醛浓度为4％。其他与实施例1相同。实施例4本实施例与实施例1不同之处在于：步骤中所述的反应温度为200℃，戊二醛浓度为5％，其他与实施例1相同。实施例5本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤中所述的反应时间为12小时，其他与实施例1相同。实施例6本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤中所述的反应时间为18小时，其他与实施例1相同。实施例7称取0.8g木棉纤维置于20ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加入浓度为5％的戊二醛溶液浸泡12小时。然后在200℃恒温下反应24小时，反应产物先用去离子水再用无水乙醇浸泡、漂洗后，自然晾干，即得到直径为1.4cm高为4.0cm的圆柱形弹性泡沫。实施例8称取10g木棉纤维置于200ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加入浓度为5％的戊二醛溶液浸泡12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木棉纤维基弹性泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)称取适量的木棉纤维，置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中；向反应釜中加入质量浓度为2.5～5％的戊二醛溶液，使木棉纤维完全浸没，并持续浸泡一段时间；(2)使反应釜升温进行水热碳化反应，控制反应温度为180～220℃，反应时间为12～24小时；反应结束后自然冷却，得到块状棕色的弹性材料；(3)先用去离子水再用无水乙醇对弹性材料进行浸泡和漂洗，直至最终浸泡液呈无色透明；将弹性材料自然晾干后，得到木棉纤维基弹性泡沫材料。

【技术特征摘要】
1.一种木棉纤维基弹性泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)称取适量的木棉纤维，置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中；向反应釜中加入质量浓度为2.5～5％的戊二醛溶液，使木棉纤维完全浸没，并持续浸泡一段时间；(2)使反应釜升温进行水热碳化反应，控制反应温度为180～220℃，反应时间为12～24小时；反应结束后自然冷却，得到块状棕色的弹性材料；(3)先用去离子水再用无水乙醇对弹性材料进...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雪波，谷俐，朱龙凤，王巧娣，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33