一种高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸及其制备方法技术

本发明专利技术属于超疏水纸制备技术领域，公开了一种高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸及其制备方法。方法：1)将纤维素纤维浆料、壳聚糖纤维浆料、单宁酸、硅烷偶联剂、长碳链硅烷与醇类溶剂混合，反应，获得复合浆料；2)将复合浆料抄造成纸张，干燥，超疏水油水分离纸。本发明专利技术的方法简单，反应条件温和，原料绿色环保；本发明专利技术制备的超疏水油水分离纸与水的接触角大于150

【技术实现步骤摘要】
一种高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸及其制备方法


[0001]本专利技术属于超疏水纸制备
，具体涉及一种高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸及其制备方法。

技术介绍

[0002]据调查研究表明，全世界范围内每年大概有32亿立方吨的油进入到水体中形成含油废水，对环境造成严重污染。含油废水治理和资源化的核心问题是对水中油品有效分离和回收。针对油水体系的复杂性，要求应用于油水分离的材料，应有处理速度快、经济和操作便捷等特点。
[0003]在众多的油水分离材料中，超疏水纸因其可操作性强、质量轻、处理量大、工艺简单、成本低廉等优点而得到广泛应用，其分离机理是利用油水两相表面能的差异，采用具有表面疏水亲油的材料制成分离纸，由于亲油效应可使油液顺利通过，而水滴被有效地拦截在膜外面，从而实现高效分离。
[0004]目前制备超疏水纸的方法主要有两种：
[0005]第一种为将纸(如滤纸)浸泡在有机/无机纳米材料的分散液中，使纤维表面形成纳米/微米粗糙结构，之后通过低表面能改性滤纸，使其获得超疏水性能。专利CN106567284B将滤纸浸渍在氢氧化铝溶胶中，再加入锌氨络离子溶液，水热反应后得具有微纳分级结构的滤纸；最后浸渍到石蜡四氢呋喃混合液中得仿生微纳结构油水分离滤纸。专利CN107020024B将共轭聚合物溶于良溶剂，超声分散均匀，得聚合物溶液；在一个密闭的环境中，以不良溶剂为氛围，滤纸为基底，将所得聚合物溶液注射到滤纸上，待滤纸上的溶剂挥发后取出，得油水分离膜。这种方法制备的超疏水纸的工业化程度不高，无法制备大面积的超疏水纸，且纸的油水分离通量不高，重力驱动下都小于10000L m
‑2h
‑1，远低于金属网制备的超疏水膜。
[0006]第二种为将有机/无机纳米材料加入到纸浆中，使纸浆纤维表面附着纳米材料，再加入低表面能剂改性，最后通过过滤或者湿法造纸工艺制备成超疏水纸。专利申请CN109056401A将绝干植物纤维浆料与乙醇溶液机械搅拌后加入二氧化钛前驱体和醋酸，反应离心后得到改性植物纤维，然后将改性植物纤维抄造成纸张，采用低表面能功能助剂进行疏水化处理，得生物质基超疏水纸成品。专利CN107326736B将预处理后的纸浆纤维置于阳离子淀粉溶液中浸泡，然后置于海藻酸钠溶液中浸泡，得到改性的纸浆纤维，并采用纸张成型器抄纸；之后将抄造的纸张浸渍在氯硅烷溶液中反应，得到高强度超疏水纸。这种方法的工艺步骤较多，需要多次改性，且制得的超疏水纸往往都很致密，无法应用于油水分离。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸及其制备方法。本专利技术通过一步反应法，使壳聚糖纤维/纤维素纤维复合纸
浆负载单宁酸纳米颗粒，形成类似荷叶表面的纳米粗糙结构，并通过长链硅氧烷进行低表面能改性，最后通过湿法造纸工艺制备出大面积的超疏水纸。由于不同形貌和表面性质的纤维素和壳聚糖纤维相互穿插，形成孔隙结构更均匀的多孔网络，以及不同于纤维素纸的纤维间氢键结合，制得的复合纸孔径大，均匀，孔隙率高，表现出很高的油水分离通量。同时由于壳聚糖纤维与单宁酸的抗菌作用，复合纸还具有抗菌防霉的功能。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现：
[0009]一种高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸的制备方法，包括以下步骤：
[0010]1)将纤维素浆料、壳聚糖纤维浆料、单宁酸、硅烷偶联剂、长碳链硅烷与醇类溶剂混合，反应，获得复合浆料；
[0011]2)将复合浆料抄造成纸张，干燥，超疏水油水分离纸。
[0012]所述纤维素浆料是由纤维素纤维打浆，稀释所得；
[0013]所述壳聚糖纤维浆料是由壳聚糖纤维打浆，稀释所得。
[0014]所述纤维素纤维选自木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维、棕纤维和草纤维中的至少一种。打浆时，纤维素纤维来自纤维素纤维浆板。纤维素浆料具体是将纤维素纤维浆板采用水浸泡疏解，然后机械打浆，稀释得到。所述机械打浆采用标准纸浆打浆机，打浆度为30
‑
70
°
SR。所得浆料浓度为5～25wt％。
[0015]所述壳聚糖纤维浆料具体是将壳聚糖纤维用水浸泡疏解，机械打浆，稀释得到。所述机械打浆采用标准纸浆打浆机，打浆度为30
‑
70
°
SR。机械打浆后，浆料浓度为5～25wt％。
[0016]所述壳聚糖纤维为盈甲壳100纤维，购自潍坊盈珂海洋生物材料有限公司，脱乙酰度为90％以上。
[0017]步骤1)中所述纤维素浆料的浓度为1～2wt％；壳聚糖纤维浆料的浓度为1～2wt％。
[0018]步骤1)中纤维素浆料与壳聚糖纤维浆料的质量比为1∶3～2∶1。
[0019]纤维素浆料中纤维素纤维与壳聚糖纤维浆料中壳聚糖纤维的质量比优选为1∶3～2∶1。
[0020]步骤1)中所述硅烷偶联剂为3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷或3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷中的一种以上。
[0021]步骤1)中所述长碳链硅烷选自碳原子数在十及十以上的长碳链硅烷偶联剂中的至少一种。具体包括十八烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷中一种以上。
[0022]步骤1)中所述纤维素纤维的加入量为纸质量的15～50wt％，壳聚糖纤维的加入量为纸质量的15～50wt％，单宁酸的加入量为纸质量的10～40wt％，硅烷偶联剂的加入量为纸质量的5～20wt％，长碳链硅烷的加入量为纸质量的8～30wt％；纸质量为纤维素纤维、壳聚糖纤维、单宁酸、硅烷偶联剂以及长碳链硅烷的总质量。
[0023]优选地，所述纤维素纤维的加入量为纸质量的15～40wt％，壳聚糖纤维的加入量为纸质量的15～40wt％，单宁酸的加入量为纸质量的10～30wt％，硅烷偶联剂的加入量为纸质量的10～20wt％，长碳链硅氧烷的加入量为纸质量的10～30wt％
[0024]步骤1)中所述反应的时间为12～24h。优选为室温反应12～24h。
[0025]步骤2)中所述干燥的温度为50～70℃，干燥的时间为1～3h。
[0026]步骤1)中所述醇类溶剂为乙醇、甲醇中一种以上。
[0027]所述醇类溶剂与硅烷偶联剂的体积比为20∶(0.5～1)。
[0028]步骤1)中纤维素浆料与壳聚糖纤维浆料现混合，然后加入单宁酸、硅烷偶联剂、长碳链硅烷与醇类溶剂，搅拌均匀，反应。
[0029]本专利技术的超疏水油水分离纸在油水分离中的应用。所述油为常见油以及溶剂油，常见油，如植物油、汽油、柴油、煤油，以及常见的溶剂油，如二氯甲烷、氯仿、正己烷等与水的混合物都具有较好的分离效果，其中油的粘度越低，分离速度越快，即通量越大。
[0030]本专利技术基于仿生学原理，使具有邻苯二酚结构的单宁酸粘附在纤维表面，并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将纤维素纤维浆料、壳聚糖纤维浆料、单宁酸、硅烷偶联剂、长碳链硅烷与醇类溶剂混合，反应，获得复合浆料；2)将复合浆料抄造成纸张，干燥，超疏水油水分离纸；步骤1)中所述硅烷偶联剂为3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷或3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷中的一种以上；步骤1)中所述长碳链硅烷选自碳原子数在十及十以上的长碳链硅烷偶联剂中的至少一种。2.根据权利要求1所述高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸的制备方法，其特征在于：所述长碳链硅烷具体包括十八烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷中一种以上。3.根据权利要求1所述高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述纤维素纤维浆料中纤维素纤维的加入量为纸质量的15～50wt％，壳聚糖纤维的加入量为纸质量的15～50wt％，单宁酸的加入量为纸质量的10～40wt％，硅烷偶联剂的加入量为纸质量的5～20wt％，长碳链硅烷的加入量为纸质量的8～30wt％。4.根据权利要求1所述高分离通量和抗菌防霉的超疏水油水分离纸的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述纤维素纤维浆料的浓度为1～2wt％；壳聚糖纤维浆料的浓度为1～2wt％；步骤1)中纤维素浆料与壳聚糖纤维浆料的质量比为1∶3～2∶1；步骤1)中所述反应的时间为12～24h；所述纤维素纤维选自木纤维、竹纤维、棉纤维、麻纤维、棕纤维和草纤维中的至少一种。5.根据权利要求4所述高分离通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小慧，凌浩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：