一种多功能纸基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多功能纸基材料及其制备方法和应用，属于污水处理技术领域。本发明专利技术的方法包括：将氢氧化钠溶液浸泡处理后的木浆洗涤至中性，在搅拌和水浴加热的条件下，先后加入聚乙烯亚胺溶液和戊二醛溶液进行反应，反应完成后洗涤至中性，制备成纸张；将纸张浸入柠檬酸和次磷酸钠的混合溶液中浸泡充分，随后烘干和固化，最后洗涤去除残留试剂，即得多功能纸基材料。本发明专利技术所提供的多功能纸基材料对多种油水混合物的分离效率均高于99％，对粒度为20‑40μm的各种油水乳状液的分离效率均可达到98％以上。对Cd(II)和Pb(II)的理论最大吸附容量分别达到73.29和93.75mg/g。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能纸基材料及其制备方法和应用
本专利技术属于废水处理
，更具体地说，涉及一种多功能纸基材料及其制备方法和应用。
技术介绍
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。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。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。然而，在现实情况中，含油废水常兼有其他污染问题的存在，而现有技术并没有相应的多功能油水分离材料，能同时进行油水分离和解决其他污染问题。例如，当油水混合物中含有重金属时，现有技术中的油水分离材料无法满足同时分离油水和去除重金属的需要。因此，为着满足现实中复杂油水分离物的需要，需要开发多功能的油水分离材料。
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多功能纸基材料的制备方法，本专利技术还要解决另一技术问题在于提供所述制备方法制得的多功能纸基材料。本专利技术所要解决最后一技术问题在于提供所述多功能纸基材料的应用。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：一种多功能纸基材料的制备方法：将氢氧化钠溶液浸泡处理后的木浆洗涤至中性，在搅拌和水浴加热的条件下，先后加入PEI溶液和GA溶液进行反应，反应完成后洗涤至中性，制备成纸张；将纸张浸入CA和SHP的混合溶液中浸泡充分，随后烘干和固化，最后洗涤去除残留试剂，即得多功能纸基材料。进一步地，所述的多功能纸基材料的制备方法，包括如下步骤：1)将木浆放入氢氧化钠溶液中浸泡，然后洗涤至中性，获得浆料备用；2)在快速搅拌和水浴加热条件下，将PEI溶液滴加到浆料中，分散均匀后继续滴加GA溶液，充分反应；3)将反应产物过滤洗涤至中性，再抄造纸张；4)将纸张浸入CA和SHP的混合溶液中浸泡，烘干和固化后获得改性纸；5)对改性纸进行过滤洗涤，去除残留试剂，即得多功能纸基材料。进一步地，步骤1)中所述的氢氧化钠溶液浓度为1wt％。进一步地，步骤2)中所述的水浴加热温度为50℃。进一步地，步骤2)中所述的浆料的干物质量与PEI的质量比为2∶1。进一步地，步骤2)中所述GA溶液浓度为2.5wt％，其中PEI∶GA＝3∶1。进一步地，步骤4)中所述CA和SHP的混合溶液浓度为6％，其中CA∶SHP＝2∶1。进一步地，步骤4)中所述烘干温度为85℃，固化温度为160℃。所述的多功能纸基材料的制备方法制备得到的多功能纸基材料。所述的多功能纸基材料在废水处理或油水分离中的应用，同时可进行重金属离子吸附。相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：本申请以储量丰富、成本低廉的木质纤维素为原料，结合简单的造纸工艺，制备了湿强高、油水分离性能好、重金属离子吸附性能好的多功能纸基材料。PEI、CA和纤维素的反应提高了纸基材料的湿强度，同时实现了材料表面粗糙度和孔隙结构的调整。PEI和CA引入氨基、羧基等官能团，使材料具有良好的水下超疏水和重金属离子吸附性能。其对多种油水混合物的分离效率均高于99％，对粒度为20-40μm的各种油水乳状液的分离效率均可达到98％以上。对于石油醚、正己烷和大豆油，该材料的水下接触角均大于150°，在大pH范围环境下性能稳定。同时，该材料对Cd(II)和Pb(II)的吸附过程符合准二级动力学模型，对这两个离子的理论最大吸附容量分别达到73.29和93.75mg/g。此外，该材料具有良好的强度，以应对水相环境的使用。湿强度达到其干强度的55％，湿耐破指数达到其干耐破指数的60％。多功能纸基材料简化了现有废水中不同污染物的一步处理，实现了复杂废水的一步处理。同时，该材料具有成本低、易回收、无二次污染等优点。更重要的是，纸基材料可以与过滤装置简单结合，实现各种场景下的应用要求。附图说明图1为PEI和CA一步法制备改性纸基材料的原理图及形成机理图；图2为纸基功能材料的红外光谱图；图3为(a)原纸(b)APM(c)P-APM(d)CP-APM的SEM图；图4为过滤装置图；图5为过滤分离前后油水乳状液的粒径分布及显微镜图；(a、d、g)石油醚；(b、e、h)正己烷；(c、f、i)大豆油；图6不同pH值条件下CP-APM对Cd(II)和Pb(II)的吸附能力影响；图7为Cd(II)和Pb(II)的吸附动力学拟合图：(a)准一级动力学；(b)准二级动力学；图8为Cd(II)和Pb(II)的吸附热力学拟合图：(a)Langmuir等温线；(b)Freundlich等温线；图9为不同纸基材料的抗张指数和耐破指数比较图：(a)抗张指数：(b)耐破指数；图10为不同纸基材料对于不同油类的水下油接触角图和CP-APM在不同pH范围下的水下油接触角图；图11为二维形貌示意图：(a)原纸；(b)APM；(c)P-APM；(d)CP-APM。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。材料和试剂：针叶浆、聚乙烯亚胺(PEI)(70000，质量分数为50％水溶液)、戊二醛(GA)(质量分数为25％水溶液)、柠檬酸(CA)、次磷酸钠(SHP)、氢氧化钠(NaOH)、盐酸(HCl)均为实验室级。实施例1：多功能纸基材料的制备(1)纸浆的PEI改性及抄片，先将一定量的针叶木浆放在1％浓度(质量分数)的氢氧化钠溶液中浸泡中进行预处理，便于纤维更充分的进行后续反应，然后将其洗涤至中性使用。将25％(质量分数)的PEI溶液滴加到浆料中，绝干浆与PEI溶液的质量比为2∶1，分散均匀后继续滴加2.5％(质量分数)的GA溶液(PEI与GA的摩尔比为3∶1)，整个过程在高速连续搅拌条件下水浴加热50℃反应3h。然后将反应产物用去离子水过滤洗涤，直至PEI改性浆呈中性。根据TAPPI标准T272，在快速制纸机上制备(RK-3A0527，奥地利)(Lofton，M.C.，Moore，S.M.，Hubbe，M.A.，Lee，S.，2005，Depositionofpolyelectrolytecomplexesasamechanismfordevelopingpaperdrystrength.TappiJ4，3-8.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能纸基材料的制备方法，其特征在于：将氢氧化钠溶液浸泡处理后的木浆洗涤至中性，在搅拌和水浴加热的条件下，先后加入PEI溶液和GA溶液进行反应，反应完成后洗涤至中性，抄造成纸张；将纸张浸入CA和SHP的混合溶液中浸泡充分，随后烘干和固化，最后洗涤去除残留试剂，即得多功能纸基材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能纸基材料的制备方法，其特征在于：将氢氧化钠溶液浸泡处理后的木浆洗涤至中性，在搅拌和水浴加热的条件下，先后加入PEI溶液和GA溶液进行反应，反应完成后洗涤至中性，抄造成纸张；将纸张浸入CA和SHP的混合溶液中浸泡充分，随后烘干和固化，最后洗涤去除残留试剂，即得多功能纸基材料。


2.根据权利要求1所述的多功能纸基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将木浆放入氢氧化钠溶液中浸泡，然后洗涤至中性，获得浆料备用；
2)在快速搅拌和水浴加热条件下，将PEI溶液滴加到浆料中，分散均匀后继续滴加GA溶液，充分反应；
3)将反应产物过滤洗涤至中性，再抄造纸张；
4)将纸张浸入CA和SHP的混合溶液中浸泡，烘干和固化后获得改性纸；
5)对改性纸进行过滤洗涤，去除残留试剂，即得多功能纸基材料。


3.根据权利要求1所述的多功能纸基材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的氢氧化钠溶液浓度为1wt％。


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【专利技术属性】
技术研发人员：蒋珊，吴伟兵，奚建锋，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