一种超疏水木海绵的制备方法技术

一种超疏水木海绵的制备方法，包括以下步骤：将浓度为2.3～2.6mol/L的NaOH和0.3～0.5mol/LNa

A preparation method of super hydrophobic wood sponge

The preparation method of super hydrophobic wood sponge includes the following steps: NaOH with concentration of 2.3-2.6mol/l and 0.3-0.5mol/lna

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水木海绵的制备方法
本专利技术涉及一种超疏水木海绵的制备方法，具体涉及通过对轻木进行疏水改性制备超疏水木海绵的方法。
技术介绍
近年来随着工业废水的排放以及石油的泄漏，水体和生态环境都受到了重大的污染，而目前应用于溢油清理的方法主要包括就地燃烧、分散剂分散以及吸附剂的使用等。但人们发现许多传统的吸油方法如燃烧、离心分离常常存在着效率低、二次污染等问题，吸附材料则被认为是最有效、最经济的一种方法。而气凝胶等三维(3D)多孔溢油吸附材料因其较大的比表面积以及高度的孔隙率在溢油吸附的应用上逐渐地引起了人们广泛关注，越来越多的类似材料相继出现，如硅海绵等，但它们的制备过程都非常复杂，且环境相容性较差。木材作为一种可再生资源，内部独特的组成和结构使之具有天然的层次性和三维多孔结构，但由于木材本身包括丰富的纤维素、半纤维素等物质，大量的羟基导致木材的亲水性。通过一定的处理选择性的去除一些物质同时使孔隙率增大，便形成了一种具备气凝胶型结构的木材，并以其作为模板通过将一定的疏水物质接枝到细胞壁等结构中，将亲水羟基转化为更大的疏水基团，提高其对水分的尺寸稳定性，同时纤维素本身对非极性基团如油等具有排斥作用，进而达到疏水亲油的目的，对溢油吸附领域具有一定的贡献。如FuQ等人(FuQ，AnsariF，ZhouQ，eta1.Woodnanotechnologyforstrong，mesoporous，andhydrophobicbiocompositesforselectiveseparationofoil/watermixtures[J].ACSnano，2018，12(3)：2222-2230.)以轻木为模板，通过一步步的处理制备了吸油量可达15g/g的木材/环氧树脂生物复合材料，这种材料比纳米纤维素基气凝胶具有更好的吸附性。目前直接利用木材制备疏水型气凝胶结构材料的研究还相对较少，开发一种低成本、高效率的能快速选择性分离油/水的材料还具有十分重要的意义。轻木(Balsawood)，作为世界上生长最快、最轻软，是与传统的气凝胶材料最为相似的一种木材，其内部具有与气凝胶相似的丰富的多孔结构，兼备木材与气凝胶的双重特性且十分环保，同时能够克服一些人工制备的气凝胶所具有的缺陷，通过一定的处理将其应用于吸附材料中，体现出其应用于吸附型气凝胶型材料的巨大潜力，对材料科学的研究与开发有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种超疏水木海绵的制备方法，先对轻木进行去除木质素和半纤维素处理，然后采用液相沉积法使用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)对其进行疏水改性，获得具有高疏水性、高孔隙率、强吸附性能的溢油吸附材料。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种超疏水木海绵的制备方法，该方法包括以下步骤：I.配制浓度为2.3～2.6mol/L的NaOH溶液，浓度为0.3～0.5mol/L的Na2SO3溶液，pH为4.5～4.7的亚氯酸钠水溶液；II.将步骤I配制的NaOH和Na2SO3溶液以1∶1的体积比混合，将烘干的轻木块真空干燥5～15min，然后浸入混合溶液中，在煮沸条件下处理18～26h；III.将步骤II获得的木料浸入步骤I配制的亚氯酸钠溶液中，80～95℃水浴加热至木料变为白色，取出木料用去水漂洗，冷却，然后冷冻干燥；IV.将步骤III获得的木料浸入乙醇、水、冰醋酸和甲基三甲氧基硅烷的混合溶液中，其中乙醇、水、冰醋酸和甲基三甲氧基硅烷的体积比为(40～50)∶0.5∶(0.05～0.2)∶(0.5～3)，20～40℃下处理3～6小时，然后取出干燥。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤IV的所述混合溶液用氨水调节pH至7～8，然后对所述木料进行处理。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤IV中用氨水代替冰醋酸并调节混合溶液的pH至7～8。如上所述的制备方法，优选地，所述轻木为密度75～95mg/mm3的木材。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤I中轻木块的尺寸为(10～50)mm×(10～50)mm×(10～50)mm。如上所述的制备方法，优选地，所述步骤III冷冻干燥的具体操作为：在-30～-15℃冻干3～6h，再冷冻干燥24～48h后取出并置于干燥皿中保存。在液相沉积过程中，温度和pH是影响产品性能的主要因素，通过控制温度可实现适当的聚合度，同时保持纤维素结构不被破坏。加入乙酸的作用是增加MTMS的水解度，并加速其水解速率。pH3～8可以实现MTMS聚合沉积，pH7-8获得的木海绵疏水性最佳，pH超过8会导致过度聚合，而使木海绵表面出现硬化现象，失去其优异的弹性恢复能力。本专利技术的有益效果在于以下几个方面：1.本专利技术采用液相沉积方法对去除木质素的轻木材料进行疏水改性，MTMS在乙醇为分散剂的水溶液中先水解形成硅烷醇，随后聚合而成聚硅氧烷颗粒沉积在轻木材料的孔隙壁上。与气相沉积法相比，液相沉积在木材表面形成的聚合物颗粒更均匀，表层与内部的疏水性差异不大。2.在本专利技术优选的液相沉积实施方案中，MTMS聚合反应中加入氨水，可以加剧硅烷化反应，提高疏水性能，且不影响其海绵层状结构。3.本专利技术制备的超疏水木海绵具有良好的吸油特性，对硅油的吸油容量超过40％(g/g)，对四氯化碳的吸油容量超过25％(g/g)。4.该疏水木海绵的接触角可达到159°，具有超疏水特性，确保在水环境下具有持续稳定的使用性能。5.该方法工艺简单、成本低，产品无毒且具有良好的生物降解性。附图说明图1为实施例1去木质素各步骤中轻木材料的外观照片。图2为实施例1去木质素各步骤中轻木材料的SEM照片。图3为实施例1疏水改性前后木海绵的外观照片。图4为实施例1疏水改性处理后样品的SEM照片。图5为实施例1样品8吸油容量随时间变化曲线。图6为比较例1样品#和实施例1样品1-8对于不同试剂的吸油量。图7为实施例1样品8对CCl4吸附循环检测结果。具体实施方式实施例1制备超疏水木海绵(一)1.准备实验材料和试剂轻木，巴尔沙树木料，密度为83.85mg/cm3，锯成15mm(L)×15mm(W)×15mm(H)的小木块，木质素含量为27.2％，半纤维素含量为15.1％。在60℃条件下烘干直至其质量不发生变化，每块质量约为0.283g。配制2.5mol/L的NaOH溶液、0.4mol/L的Na2SO3溶液以及质量分数为1％的亚氯酸钠水溶液。其中，亚氯酸钠在配制完成后用30％的乙酸将其pH调节到4.6，并使用pH计进行监测，配制完成后用保鲜膜密封保存。2.将轻木块用真空干燥箱抽真空10min，然后将配制的NaOH溶液和Na2SO3溶液以1∶1的体积比混合，用电炉在煮沸条件下处理试材24h。3.将步骤2处理后的木块进入配制好的亚氯酸钠溶液，80℃水浴加热至木块呈白色，加热时间为6小时，用去离子水漂洗，然后放入热水中自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水木海绵的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nI.配制浓度为2.3～2.6mol/L的NaOH溶液，浓度为0.3～0.5mol/L的Na

【技术特征摘要】
1.一种超疏水木海绵的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
I.配制浓度为2.3～2.6mol/L的NaOH溶液，浓度为0.3～0.5mol/L的Na2SO3溶液，pH为4.5～4.7的亚氯酸钠水溶液；
II.将步骤I配制的NaOH和Na2SO3溶液以1∶1的体积比混合，将烘干的轻木块真空干燥5～15min，然后浸入混合溶液中，在煮沸条件下处理18～26h；
III.将步骤II获得的木料浸入步骤I配制的亚氯酸钠溶液中，80～95℃水浴加热至木料变为白色，取出木料用去水漂洗，冷却，然后冷冻干燥；
IV.将步骤III获得的木料浸入乙醇、水、冰醋酸和甲基三甲氧基硅烷的混合溶液中，其中乙醇、水、冰醋酸和甲基三甲氧基硅烷的体积比为(40～50)∶0.5∶(0.05～0.2)∶(0.5～3)，20～40℃下处理3～6小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄艳辉，刘颖，李帆，皇权飞，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11