一种基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法，属于天然高分子改性材料技术领域。剪切、干燥后的废报纸用氢氧化钠碱洗方式进行脱墨，洗涤至中性并干燥后，继而用冰醋酸和亚氯酸钠脱木素，洗涤、干燥后，得纤维素浆料；将得到的纤维素浆料在N‑烯丙基‑N‑甲基吗啉醋酸盐离子溶液中搅拌分散，离心洗涤、透析，透析产物脱除多余水分，再与戊二醛交联处理，交联产物冻实，冷冻干燥，得到交联纤维素气凝胶；在密封真空条件下，将得到的交联纤维素气凝胶与三异丙基氯硅烷加热反应，经真空干燥净化处理后，得到表面硅烷化的改性纤维素气凝胶。该硅烷化交联纤维素气凝胶具有纤维素和吸附气凝胶的共性，具有较低的密度和较高的孔隙率。

Preparation method of modified cellulose aerogel based on waste newspaper

The invention relates to a preparation method of cellulose aerogel modified by waste newspaper, belonging to the technical field of natural polymer modified materials. The waste newspaper after shearing and drying was deinked with sodium hydroxide alkaline washing, washed to neutral and dried, then used glacial acetic acid and sodium chlorite delignification, washed and dried, and obtained cellulose slurry; the obtained cellulose slurry was stirred and dispersed in N allyl N methyl morpholinic acid salt ion solution and centrifuged. Polyester, dialysis, dialysis products remove excess water, then crosslinked with glutaraldehyde, cross linked products freeze, freeze drying, and get crosslinked cellulose aerogels. Under the sealed vacuum condition, the crosslinked cellulose aerogel is heated to three isopropylchlorosilane, and the surface silicon is obtained after the dry purification treatment. Alkylated modified cellulose aerogels. The silylated cross-linked cellulose aerogel has the common properties of cellulose and adsorbed aerogel, and has lower density and higher porosity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法
本专利技术涉及一种基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法，属于天然高分子改性材料

技术介绍
随着经济和工业生产的发展，及生活水平的提高，工业废水、生活污水等许多污染源被排放水体中。水体污染不仅会对工、农、渔等行业造成危害和损失，还会危害人体健康，对社会生活都产生巨大的负面影响[1]。我国含油污或非极性有机溶剂的工业废水污染极其严重[2]，农药、化肥和工业废物等伴生的有机污染物不断进入环境中，这些有机污染物具有的“三致”效应和高生物累积性会污染环境、破坏生态平衡，因此有机污染物的治理已经成为重要且迫切任务之一[3]。目前主要用来处理油污的方法有直接燃烧法、物理机械法、生物修复法和吸附法这几种，其中吸附因其经济便利的优点，被广泛应用。用于吸附油烟的材料众多，无机矿物类包括黏土、二氧化硅，有机高分子包括聚丙烯无纺布、聚氨酯等，但这些材料都各有缺陷，吸油能力低或生物降解性差，不能广泛应用，因此发展高效、低成本的绿色环保型吸油材料备受瞩目，具有重要的研究意义[2]。纤维素是自然界中储量最大、分布最广的天然高分子材料。与人工合成高分子材料相比，具有无毒、无污染、易于改性等优点，同时有优异的生物相容性[4]，是一种理想的有机高分子原料应用于医学、制药和化妆品以及其它生物化工生产方面[5]。近年来，随着新型高效纤维素非衍生化溶剂的开发，纤维素材料的研究与应用成为化学和材料科学的前沿领域，纤维素基气凝胶材料就是其中的一个热点[4]。气凝胶是在保持凝胶三维网络不变的条件下，将其中的液体溶剂除去而形成一种高度多孔的材料。纤维素基气凝胶具有纤维素和气凝胶的共性，低密度、高比表面积及高孔隙率等特性，是绿色可再生的多孔材料[6]，并且在增强力学性能、改善疏水吸油性能、提高耐热温度和生物抗菌等多种领域具有良好的发展潜力[7]。废报纸指被消费使用过的报纸，含有大量的纤维素，常被当作无用品没有得到高价值的利用。在中国，每年产生数以百万计的吨的废报纸，而大多数报纸只是作为常规和低附加值产品被浪费，如回收报纸、硬纸板、堆肥、纸绝缘、动物的床上用品和天花板瓷砖。因此，充分有效利用废报纸资源制备高价值的纤维素基材料是具有一定创新意义的研究[8]。再生纤维素材料的重新利用分散过程需要大量化学试剂，因此，采用简单、有效和环保友好的纤维素化学溶剂是一个热门话题。离子液体被称为新型绿色溶剂，完全以阳离子和阴离子液体形式存在，具有优异的物理化学性质，如高溶解性、低熔点、强极性、难氧化、易回收等，被广泛应用于化学合成、提取和分离、材料制备等领域[9]。溶解纤维素常用的离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑氯盐，1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑氯盐，1-乙基-3-甲基咪唑-二甲基磷酸盐，N-烯丙基-N-甲基吗啉醋酸盐等等。其中N-烯丙基-N-甲基吗啉醋酸盐离子溶液作为纤维素的非衍生化溶剂，易于溶解纤维素，即便是未经预处理的纤维素也可在短时间内溶解，相对于咪唑氯盐类离子溶液具有更低的毒性，能溶解不同聚合度的纤维素，包括高DP纤维素，且溶解再生的纤维素聚合度无明显变化[10]。纤维素及其衍生材料是亲水性的，若要处理油性和有机溶剂等污染物就必须进行疏水改性。硅烷化反应就是用硅烷基取代化合物中如羟基、氨基上的活泼氢，形成稳定中间体[11]。纤维素的亲水性主要来源于其多羟基，利用硅烷化反应使纤维素上的羟基生成稳定的中间体，加强纤维素的疏水性。三异丙基氯硅烷是一种很好的羟基保护剂，能够对各种类型的羟基进行保护，可有选择性地保护多官能羟基化合物[11]，可用来作为有效的硅烷化反应试剂。结合现在严重的大气污染问题，本申请详述以废报纸为纤维素原料制备环境友好型废报纸改性纤维素气凝胶的工艺流程，作为油和有机溶剂等污染物的吸附剂。不仅进一步弥补了纤维素气凝胶吸附剂研究的空缺，而且加深了废报纸二次纤维的高价值利用。参考文献[1]蒲思川，冯启明.我国水体污染的现状及防治对策[J].中国资源综合利用：2008，26（5）：31-34.[2]刘宏治，陈宇飞，耿璧垚，等.纤维素基气凝胶型吸油材料的研究进展[J].高分子学报：2016，5：545-558.[3]王宁，侯艳伟，彭静静，等.生物炭吸附有机污染物的研究进展[J].环境化学：2012，31（3）：287-295.[4]马书荣，米勤勇，余坚，等.基于纤维素的气凝胶材料[J].化学进展：2014，26（5）：796-809.[5]王蒙蒙，王爱婷，刘鹤，等.纳米纤维素气凝胶的制备、表征及其性能研究[J].林产化学与工业：2016，36（4）：14-22.[6]王静，王清清，魏取福，黄机质.PVA—SbQ／细菌纤维素复合气凝胶的制备及吸油性能研究[J].功能材料：2016，47（3）：03007-03010.[7]黄兴，冯坚，张思钊，等.纤维素基气凝胶功能材料的研究进展[J].材料导报A：综述篇，2016，30（4）：9-14.[8]GuangmeiXia,JiqiangWan,JinmingZhang,etc.Cellulose-basedfilmsprepareddirectlyfromwastenewspapersviaanionicliquid[J].CarbohydratePolymers:2016,151:223-229.[9]LeLiu,MeitingJu,WeizunLi,YangJiang.CelluloseextractionfromZoysiajaponicapretreatedbyalumina-dopedMgOinAMIMCl[J].CarbohydratePolymers:2014,113:1-8.[10]DilipG.Raut,OlaSundman,WeiqingSu,etc.Amorpholiniumionicliquidforcellulosedissolution[J].CarbohydratePolymers:2015,130:18-25.[11]温远庆，谢庆兰，邓峰杰.位阻型硅烷保护剂[J].有机硅材料：2004，18（6）：21-23。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法。对于固体废弃物作为处理油和有机溶剂的吸附剂的研究还没有足够的基础和技术支撑，因此，开发出基于固废物的可完全降解，环境友好型的纤维素气凝胶具有现实意义。该方利用纤维素资源丰富但没有得到充分利用的废报纸为原料，经过脱墨脱胶处理提取纤维素，通过离子溶液分散、离心和透析得到纤维素气凝胶，并进一步进行交联和表面硅烷化处理制备改性纤维素气凝胶产品，拓展了废报纸的应用领域，实现其高值化利用。本专利技术通过以下技术方案实现。一种基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法，其按如下步骤进行：①剪切、干燥后的废报纸用氢氧化钠碱洗方式进行脱墨，洗涤至中性并干燥后，继而用冰醋酸和亚氯酸钠脱木素，洗涤、干燥后，得纤维素浆料；②将步骤①得到的纤维素浆料在N-烯丙基-N-甲基吗啉醋酸盐离子溶液中搅拌分散，离心洗涤、透析，透析产物脱除多余水分，再与戊二醛交联处理，交联产物冻实，冷冻干燥，得到交联纤维素气凝胶；③在密封真空条件下，将步骤②得到的交联纤维素气凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：①剪切、干燥后的废报纸用氢氧化钠碱洗方式进行脱墨，洗涤至中性并干燥后，继而用冰醋酸和亚氯酸钠脱木素，洗涤、干燥后，得纤维素浆料；②将步骤①得到的纤维素浆料在N‑烯丙基‑N‑甲基吗啉醋酸盐离子溶液中搅拌分散，离心洗涤、透析，透析产物脱除多余水分，再与戊二醛交联处理，交联产物冻实，冷冻干燥，得到交联纤维素气凝胶；③在密封真空条件下，将步骤②得到的交联纤维素气凝胶与三异丙基氯硅烷加热反应，经真空干燥净化处理后，得到表面硅烷化的改性纤维素气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：①剪切、干燥后的废报纸用氢氧化钠碱洗方式进行脱墨，洗涤至中性并干燥后，继而用冰醋酸和亚氯酸钠脱木素，洗涤、干燥后，得纤维素浆料；②将步骤①得到的纤维素浆料在N-烯丙基-N-甲基吗啉醋酸盐离子溶液中搅拌分散，离心洗涤、透析，透析产物脱除多余水分，再与戊二醛交联处理，交联产物冻实，冷冻干燥，得到交联纤维素气凝胶；③在密封真空条件下，将步骤②得到的交联纤维素气凝胶与三异丙基氯硅烷加热反应，经真空干燥净化处理后，得到表面硅烷化的改性纤维素气凝胶。2.根据权利要求1所述的基于废报纸改性纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1、将废报纸剪切成1~2cm纸片，真空干燥后得到绝干合格原料；步骤2、将步骤1得到的绝干合格原料按照固液比为2~60：40~2400g/mL置于浓度为1~3wt%氢氧化钠溶液中，在温度为75~100℃持续处理1~4h后取出，用去离子水浸泡洗涤至中性，干燥脱水，得脱墨纸浆；步骤3、将步骤2得到的脱墨纸浆按照固液比为2~20：60~600g/mL加入去离子水，然后按照固液比为2~20：1~25g/mL加入冰醋酸，以及按照质量比为2~20：1~30加入亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佳丽，高欣，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53