一种玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备，是吸纳以玉米蛋白和聚乙烯醇为原料，通过物理交联得到复合水凝胶，再以Fe

Preparation method of corn protein based porous hydrophobic oil absorbing material

The invention discloses the preparation of a kind of corn protein base porous hydrophobic oil absorbing material, which is absorbed with corn protein and polyvinyl alcohol as raw material, and the composite hydrogel is obtained by physical crosslinking, and then Fe

【技术实现步骤摘要】
一种玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备方法
本专利技术涉及一种玉米蛋白基功能性天然高分子材料，尤其涉及一种表面具有疏水亲油性的玉米蛋白基高分子材料及其制备；本专利技术同时还涉及该玉米蛋白基高分子材料作为吸油材料在油水分离中的应用，属于特殊界面材料、功能天然高分子材料领域。
技术介绍
近年来，在石油开采和运输过程中，石油产品和有机溶剂的排放和泄露已经对水生生态造成了灾难性的环境污染。为解决这一挑战，油水分离技术与吸油材料的开发受到关注。根据来源，吸油材料可分为合成高分子吸油材料和天然高分子吸油材料两大类。大部分合成高分子材料的缺点是废弃后难以降解，易造成二次污染或白色污染。天然吸油材料具有生物可降解、环境友好及可再生等优点，如：CN201710405227.8公开了一种秸秆复合木棉纤维吸油材料的方法，该方法利用农作物秸秆具有质轻、多孔的特性制备了一种天然吸油材料；CN201710378539.4公开了一种温度敏感型角蛋白基吸释油材料；CN201210342196.3公开了一种柚子皮去除餐饮废水中油脂的方法。然而，上述天然吸油材料多为吸油粉末，难以实现分离，大部分纤维素类天然吸油材料在吸油的同时也会吸水。因此，开发生物可降解、易分离、具有选择性吸附的天然高分子吸油材料是发展方向。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种玉米蛋白基疏水吸油材料的制备方法，用于对天然油脂的选择性吸附，以实现油水分离。一、玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备（1）柱状水凝胶的制备：将玉米蛋白分散到碱溶液中得玉米蛋白分散液，再向其中加入聚乙烯醇，升温到60~95℃，搅拌1~4h，冷却静置10~50min，低温冷冻-室温解冻3~5次，得柱状水凝胶。其中，玉米醇溶蛋白或玉米球蛋白；分散玉米蛋白的碱溶液为0.1~1.5mol/L的NaOH或KOH溶液；玉米蛋白分散液中，玉米蛋白的含量为20~60g/L。聚乙烯醇的分子量为12~15万；玉米蛋白与聚乙烯醇的质量比为1:0.5~1:2。（2）磁性柱状玉米蛋白基水凝胶将柱状水凝胶在Fe2+、Fe3+的混合水溶液中浸泡20~60min，再在密闭条件下加入碱液并搅拌使铁盐共沉淀，过滤，用蒸馏水冲洗至洗出液为中性，得磁性柱状玉米蛋白基水凝胶；然后将磁性柱状玉米蛋白基水凝胶浸泡于硅烷偶联剂的醇溶液中，室温震荡1~6h，在50~100℃真空干燥，即得到玉米蛋白基疏水吸油材料。Fe2+、Fe3+混合溶液中，Fe2+源于FeSO4∙7H2O或FeCl2∙4H2O；Fe3+源于FeCl3∙6H2O或Fe(NO3)3∙9H2O。使铁盐共沉淀的碱液为NH3∙H2O或NaOH溶液或KOH溶液，浓度为5~20mol/L。硅烷偶联剂的醇溶液中，硅烷偶联剂的浓度为2%~30%（v/v）；硅烷偶联剂可采用KH570或苯胺甲基三乙氧基硅烷，醇为乙醇或甲醇。二、玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的表征1、宏观与微观形貌宏观形貌：具有良好的成胶性，结构规整，不易被破坏，具有一定的磁性。说明玉米蛋白基高分子材料经聚乙烯醇、硅烷偶联剂改性后仍保持了原来的外观形貌。微观形貌：图1为玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的微观形貌（SEM）图。可以看出，玉米蛋白基材料为多孔网状结构，孔径为微米级，这有利于对油吸收；结合图中的一些高分子丝状物出现并且存在Fe3O4颗粒，这是硅烷偶联剂成功与沉积在复合水凝胶网络中的Fe3O4接枝并且发生自交联，使硅烷偶联剂的疏水性基团嫁接在复合水凝胶表面。同时观察到部分Fe3O4颗粒为构筑疏水性表面提供粗糙度很有利，这均有利于疏水表面的形成。2、红外谱图图2为玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的红外吸收光谱图。在1651cm-1、1527cm-1、1404cm-1处发现了玉米蛋白中酰胺I、II、III带的特征吸收峰，在1683cm-1左右发现硅烷偶联剂中双键的特征峰；在1082cm-1、646cm-1处出现了Fe-O-Si中的Si-O和Fe-O键的特征吸收峰，另外455cm-1附近出现了O-Si-O的弯曲振动峰。说明玉米蛋白和聚乙烯醇成功复合形成水凝胶，硅烷偶联剂与Fe3O4中的-OH结合使其表面改性成功。3、热重分析图3为玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的热重分析图。从曲线可以看出，失重主要有三个区间，从25℃到100℃之间的失重，这主要是其中的自由水以及结合水的失去；从100℃到225℃之间的失重，主要是原料中共价键的断裂；从225℃到450℃的失重主要是玉米蛋白的分解；在450℃以后，大部分样品都发生了降解，但仍有部分残留，约为15%，主要是Fe3O4和高温蛋白质碳化所得。4、接触角测试图4为柱状玉米蛋白基水凝胶（a）、柱状玉米蛋白基磁性水凝胶（b）、玉米蛋白基多孔疏水吸油材料（c）在空气中与水的接触角测试对比图。如图所示，玉米蛋白基多孔疏水吸油材料在空气中对水的接触角为132.77°（即为疏水），对比原始柱状玉米蛋白基水凝胶在空气中对水的接触角（几乎为0°，即为超亲水）和柱状玉米蛋白基磁性水凝胶在空气中对水的接触角（30.70°，即为亲水）发现，通过Fe3O4和硅烷偶联剂的改性，水凝胶由超亲水转变为疏水性，表明疏水性吸油材料制备成功。三、玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的性能测试1、吸油材料对纯油品的吸附分别选用矿物油（柴油，真空泵油，正己烷，氯仿，甲苯）和植物油（菜籽油）作为吸附对象，在室温下，将一定质量的吸油材料浸入各油品中，吸附饱和后夹出，悬挂直至无油滴滴出，称重，重复3组，计算产品对不同油品的平均吸油增重率。结果发现，本专利技术制备的吸油材料不仅对石油化工类油品有吸附性（吸油增重率：柴油48.8%，真空泵油92.2%，正己烷36.3%，氯仿41.7%，甲苯41.9%），而且对食用油（吸油增重率：菜籽油61.5%）也有较好的吸附性。2、油水混合物选择性吸附选用3种油水混合物，即：柴油（比水轻）和水、氯仿（比水重）和水、水中乳化油为测试对象，测试吸油材料对油水混合物选择性吸附的能力。吸取苏丹红II标记的油相，滴加水中，使水面（或水下）形成一层油膜。将所制备的吸油材料置于油/水界面处，待吸附完全后用磁铁吸出。将甲苯和水按1:10（v:v）混合，超声0.5h后，得到体积分数为10%的甲苯-水的乳状液。然后，将制备所得产品放入其中，静置2h，待吸附完全后用磁铁吸出。上述过程均用数码相机记录。图5为产品对不同油水混合物选择性吸附的对比图。图中，A、B、C分别为柴油、氯仿、甲苯和水的混合物在分离前（I）、分离中（II）和分离后（III）的数码照片。图5的结果显示，玉米蛋白基疏水吸油材料在3种类型的油水分离过程中均具有分离效果，这说明制备的玉米蛋白基多孔疏水吸油可以实现油水分离，可应用于油污处理或油水分离领域，而且可通过磁铁将吸油材料从油品和油水混合物中分离出来。附图说明图1为玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的扫描电镜图。图2为玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的红外光谱图。图3为玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的热重分析图。图4为玉米蛋白复合凝胶（a）、磁性复合凝胶（b）、玉米蛋白基多孔疏水吸油材料（c）在空气中对水的接触角测试图。图5为吸油材料在不同类型混合油水中的吸附过程对比图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的吸油性能做进一步的说明。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）柱状水凝胶的制备：将玉米蛋白分散到碱溶液中得玉米蛋白分散液，再向其中加入聚乙烯醇，升温到60~95℃，搅拌1~4 h，冷却静置10~50 min，低温冷冻‑室温解冻3~5次，得柱状水凝胶；（2）磁性柱状玉米蛋白基水凝胶：将柱状水凝胶在Fe

【技术特征摘要】
1.一种玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）柱状水凝胶的制备：将玉米蛋白分散到碱溶液中得玉米蛋白分散液，再向其中加入聚乙烯醇，升温到60~95℃，搅拌1~4h，冷却静置10~50min，低温冷冻-室温解冻3~5次，得柱状水凝胶；（2）磁性柱状玉米蛋白基水凝胶：将柱状水凝胶在Fe2+、Fe3+的混合水溶液中浸泡20~60min，再在密闭条件下加入碱液并搅拌使铁盐共沉淀，过滤，用蒸馏水冲洗至洗出液为中性，得磁性柱状玉米蛋白基水凝胶；然后将磁性柱状玉米蛋白基水凝胶浸泡于硅烷偶联剂的醇溶液中，室温震荡1~6h，在50~100℃真空干燥，即得到玉米蛋白基疏水吸油材料。2.如权利要求1所述一种玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述玉米醇溶蛋白或玉米球蛋白。3.如权利要求1所述一种玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述分散玉米蛋白的碱溶液为0.1~1.5mol/L的NaOH或KOH溶液。4.如权利要求1所述一种玉米蛋白基多孔疏水吸油材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述玉米蛋白分散液中，玉米蛋白的含量为20~60g/L。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣民，王建凤，陈静，王发伟，何玉凤，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62