一种用于油水分离的纸基功能材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于油水分离的纸基功能材料的制备方法，属于水处理技术领域。该制备方法具体为：以木质纤维素为原料，以柠檬酸为交联和功能化试剂，以次磷酸钠为催化剂，采用抄纸、浸渍和干燥熟化工艺，制备出具有良好湿强度和油水分离性能的纸基功能材料。该纸基功能材料的湿抗张强度最高可达到18Nm/g，在水下对三氯甲烷、蓖麻油等油滴的接触角可达到150°以上，具备了水下超疏油性能，可高效过滤三氯甲烷、蓖麻油、甲苯、乙酸乙酯等有机溶剂与水的混合物，油水分离效率可达99％以上。本发明专利技术提供的油水分离的纸基功能材料的制备方法材料简单，易于制造，绿色环保，油水分离效率高，具有良好的工业应用前景。

A paper-based functional material for oil-water separation and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于油水分离的纸基功能材料及其制备方法和应用
本专利技术属于水处理
，更具体地说，涉及一种用于油水分离的纸基功能材料及其制备方法。
技术介绍
工业生产以及人类活动每天都会产生大量含油废水，再加上严重的海上原油泄漏，倘若不及时的加以处理，将会对环境及人类健康构成严重的危害。水体中的油污主要来自人类活动(约占92％)，如油轮事故、海上石油开采中的漏油和井喷事故，港口和船舶作业过程中含油污水的排放，各种工业以及餐饮业等行业中含油污水的排放等。油污主要粘附在水面上，使大气与水体之间不能进行正常的交换，水生植物的光合作用能力有所下降而只能进行无氧呼吸，水中氧含量越来越低，导致大量的水生生物无法正常呼吸而窒息死亡，水体自净能力下降，开始变质发臭，威胁其它生物的生长，形成恶性循环。含油废水的处理对经济可持续发展和人类健康具有十分重要的意义。传统的油水处理技术主要有燃烧法、离心法、重力法、浮选法、化学絮凝法等。这些方法虽然操作简单，但是存在分离效率低、能耗高、容易造成二次污染等严重缺陷。因此，传统的油水分离技术逐渐向功能界面材料化学产品工程方向发展，专注于对材料的多尺度微观结构调控和表面化学组成的研究来满足市场对高效低能耗油水分离技术的需求。近十年来科研工作者开发出了多种特殊的润湿性膜材料用于分离油水混合物。流体在固体表面上的铺展能力称为润湿性，铺展能力越强，说明这种流体对该表面的润湿性越好。研究表明，表面化学组成与表面微观几何结构之间的协同效应被普遍认为是油和水具备相反润湿性的关键因素(ChengQ，LiM.SoftMatter，2011，7(13)：5948-5951；LiuN，ChenY，LuF.ChemPhysChem，2013，14(15)：3489-3494)。通过调整材料的表面微观结构和表面化学组成，使得一种液体在其表面为超疏性，另一种液体为完全铺展并且可以在多孔材料上渗透，这就有可能使得两种互不相容的液体分开，因此，对油和水的选择性渗透是使用特殊润湿性材料分离油和水的关键。其次，除了材料的表面微观结构和化学组成外，基材的孔径也是影响不同的油水混合物分离的重要因素。目前，油水分离已经成为当前的研究前沿，研究制备特殊润湿性质的新型材料来实现高效率、低成本、绿色环保的油水分离成为人们关注的焦点。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于油水分离的纸基功能材料，特别是用于乳液的油水分离。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供所述油水分离的纸基功能材料的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于油水分离的纸基功能材料的制备方法：以木质纤维素为原料制备得到原纸，将所述的原纸放入柠檬酸和次磷酸钠的混合溶液中浸泡，取出浸泡后的原纸干燥熟化，即得用于油水分离的纸基功能材料。优选地，所述用于油水分离的纸基功能材料的制备方法，具体步骤为：1)室温下，将浆板在水中浸泡分散，然后用纤维标准离解机将浆料进行疏解，疏解后的纸浆浓缩，并用PFI磨浆机进行打浆，得到纸浆悬浮液；取纸浆悬浮液加入抄片机的纸页成型器中，加入阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为助留助滤剂，制得原纸；2)将步骤1)所得原纸放入柠檬酸和次磷酸钠混合溶液中浸泡后，去除多余的溶液，控制湿纸页的重量为原纸的两倍；将湿纸页干燥熟化，即得用于油水分离的纸基功能材料。优选地，所述用于油水分离的纸基功能材料的制备方法，具体步骤为：1)室温下，将浆板在水中浸泡24小时，形成浓度为1wt％的纸浆；然后用纤维标准离解机将纸浆疏解5分钟，疏解后的纸浆浓度浓缩至10％，并用PFI磨浆机进行打浆，打浆度为21～55°SR；取相当于1.9g绝干浆的纸浆悬浮液加入抄片机的纸页成型器中，当浆料体积被稀释至4L时，加入300ppm的0.2wt％阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为助留助滤剂，纸的定量在60～70g/m2之间，制得原纸；2)将步骤1)所得原纸放入柠檬酸和次磷酸钠混合溶液中浸泡5分钟后取出，去除多余的溶液，控制湿纸页的重量为原纸的两倍，所述混合溶液中，柠檬酸浓度为1～8wt％，柠檬酸和次磷酸钠的浓度比为2∶1；随后将湿纸页放入抄片机的干燥部80℃下烘干干燥15～20分钟，然后转移至150～160℃的烘箱干燥熟化10～12分钟，即得用于油水分离的纸基功能材料。优选地，所述的浆板或机浆为杨木化机浆或漂白针叶木化学浆板。优选地，步骤2)中所述的柠檬酸和次磷酸钠混合溶液中，柠檬酸浓度为8wt％，次磷酸钠的浓度为4wt％。优选地，步骤1)中，浆料的打浆度为55°SR。所述用于油水分离的纸基功能材料的制备方法所获得的纸基功能材料。所述的纸基功能材料在油水分离中的应用。优选地，所述的油水为乳液。有益效果：相比于现有技术，本专利技术的优点为：(1)本专利技术提供的用于油水分离的纸基功能材料，是在原纸基础上，使用柠檬酸为交联和羧基功能化试剂，以次磷酸钠为催化剂，在一定条件下，使柠檬酸固化交联原纸的纤维素而得；该纸基功能材料的湿抗张强度可达到18Nm/g且具有水下超疏油性能，其在水下对三氯甲烷、蓖麻油等油滴的接触角可达到150°以上，可高效过滤三氯甲烷、蓖麻油、甲苯、乙酸乙酯等有机溶剂与水混合物(水包油乳液)，油水分离效率可达99％以上。(2)本专利技术中用于制备油水分离的纸基功能材料的原纸，是以浆板为原料制得，其组成成分为具有丰富羟基、亲水性强的木质纤维素，并且原纸表面具有粗糙的微纳结构，使其能在水下能产生良好的疏油性；原纸的纤维素之间具有合适大小的孔径，是一种适于油水分离的结构。(3)本专利技术创造性地使用柠檬酸固化交联原纸中的木质纤维，提高了该纸基功能材料的强度，特别是湿抗张强度；同时，柠檬酸固化交联在木质纤维表面引入高含量羧基官能团，提高了纸基功能材料的亲水性和水下油水分离效果；此外，柠檬酸固化交联还可调控纸页表面微纳粗糙结构，优化油水分离性能。(4)本专利技术制备方法和材料简单，易于制造，绿色环保，制备的过程经过了定量设计、调控和优化，使制备的纸基油水分离材料具有良好的实用性，为下一步实现该纸基功能材料在工业中实际应用打下基础，具有良好的工业应用前景。附图说明图1是不同纸基功能材料的FTIR谱图；图2是功能纸基材料的交联反应机理图；图3是不同纸基功能材料的SEM照片图，(a)PA-C0-15，(b)PA-C8-15，(c)PA-C8-55；图4是不同纸基功能材料的抗张强度(PA-Cn-X)，(a)干抗张指数，(b)湿抗张指数；图5是纸基功能材料在水下对三氯甲烷的接触角，(a)PA-C4-35；(b)PA-C4-55；(c)PA-C6-35；(d)PA-C6-55；图6是纸基功能材料PA-C6-55在水下对不同油滴的接触角图；图7是纸基功能材料PA-C8-45分离不同油类的前后对比照片图，(a)(b)甲苯过滤前后，(c)(d)蓖麻油过滤前后，(e)(f本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于油水分离的纸基功能材料的制备方法，其特征在于：以木质纤维素为原料制备得到原纸，将所述的原纸放入柠檬酸和次磷酸钠的混合溶液中浸泡，取出浸泡后的原纸干燥熟化，即得用于油水分离的纸基功能材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于油水分离的纸基功能材料的制备方法，其特征在于：以木质纤维素为原料制备得到原纸，将所述的原纸放入柠檬酸和次磷酸钠的混合溶液中浸泡，取出浸泡后的原纸干燥熟化，即得用于油水分离的纸基功能材料。


2.根据权利要求1所述用于油水分离的纸基功能材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
1)室温下，将浆板在水中浸泡分散，然后用纤维标准离解机将浆料进行疏解，疏解后的纸浆浓缩，并用PFI磨浆机进行打浆，得到纸浆悬浮液；取纸浆悬浮液加入抄片机的纸页成型器中，加入阳离子聚丙烯酰胺作为助留助滤剂，制得原纸；
2)将步骤1)所得原纸放入柠檬酸和次磷酸钠混合溶液中浸泡后，去除多余的溶液，控制湿纸页的重量为原纸的两倍；将湿纸页干燥熟化，即得用于油水分离的纸基功能材料。


3.根据权利要求2所述用于油水分离的纸基功能材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
1)室温下，将浆板在水中浸泡24小时，形成浓度为1wt％的纸浆；然后用纤维标准离解机将纸浆疏解5分钟，疏解后的纸浆浓度浓缩至10％，并用PFI磨浆机进行打浆，打浆度为21～55°SR；取相当于1.9g绝干浆的纸浆悬浮液加入抄片机的纸页成型器中，当浆料体积被稀释至4L时，加入300ppm的0.2wt％阳离子聚丙烯酰胺作为助留...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟兵，田寒，蒋珊，戴红旗，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32