一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法。本发明专利技术将废弃的木块进行脱木质素，机械脱半纤维素处理得到生物质纤维素，然后加入聚乙烯醇，石墨烯粉末和交联剂，经过剧烈搅拌和超声分散后，经过反复冷冻解冻工艺得到聚乙烯醇/纤维素/石墨烯水凝胶，去除杂质后通过冷冻干燥工艺得到聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶。利用含氟表面活性剂进行表面改性得到具有亲水疏油特性的聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶。本发明专利技术制备的聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶具有轻质，高孔隙率，高水通量，水下超弹性，和拒油特性，能显著提高油水分离效率和分离过程的稳定性，显示出应对海洋油污的巨大潜力。污的巨大潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于油水分离气凝胶领域，具体涉及一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]海上原油泄漏事件的频繁发生和工业含油废水的大量排放对生态环境造成了严重威胁，已经严重威胁到人类的身体健康，因此针对含油废水的处理引起了研究者极大的关注。传统的处理含油废水的方法有重力分离法、破乳法、絮凝法和生物处理法等等，但存在着成本高，能耗高，分离效率低，会产生二次污染等复杂问题。多孔气凝胶材料因具有孔隙率高、比表面积高、密度低、良好的吸附性等优势，在油水分离或油吸附领域具有极大的应用潜力。但这些早期的气凝胶材料由于质地易碎，结构稳定性差，在油水分离领域的实际表现性能不佳。
[0003]纤维素因具有成本低、无毒、可降解，生物相容性好和易改性等优点而备受关注。基于纤维素侧链的大量羟基，可进行化学交联改性。通过与长链聚合物聚乙烯醇相结合能极大的改善传统多孔纤维素气凝胶材料的机械性能、热稳定性。在聚合物体系中添加纳米粉体材料可进一步提高其表面可修饰性，力学性能，和结构稳定性。同时，经过含氟表面活性剂修饰后可赋予复合气凝胶材料优异的吸油能力和油水选择性，使之在油水分离领域具有广阔的应用前景。
[0004]聚乙烯醇/纤维素复合气凝胶材料油水分离性能的关键在于内部结构和表面特性，多孔结构可以为含油废水中的油或水提供较长的渗透通道，较高的孔隙率可以提高分离材料对含油废水的分离通量。因此，开发一种工艺简单，低成本，高孔隙率，高水通量，高机械稳定性，和亲水拒油特性的复合气凝胶材料十分有工业价值。

技术实现思路

[0005]针对应用于复杂环境的高强度油水分离气凝胶材料的匮乏和其广阔的应用前景，本专利技术公开了一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将废弃木块溶解在酸化的亚氯酸钠溶液中，得到脱木质素木块；
[0009](2)将脱木质素木块加入到浓碱溶液去除半纤维素，得到碱化的纤维素溶液，对溶液进行纯化处理至中性，冷冻干燥后得到生物质纤维素。
[0010](3)将得到的纤维素，石墨烯粉末和交联剂加入到聚乙烯醇溶液中，剧烈搅拌至充分溶解，得到聚乙烯醇/纤维素溶胶，经过冷冻解冻工艺得到聚乙烯醇/纤维素/石墨烯水凝胶。
[0011](4)将得到的聚乙烯醇/纤维素/石墨烯水凝胶进行洗涤，冷冻干燥得到聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶。
[0012](5)将得到的气凝胶浸泡在含氟表面活性剂溶液中，经过充分干燥得到具有亲水疏油特性的聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶；
[0013]作为优选，步骤(1)所选的废弃木块来自于杨木，杉木和巴沙木中的一种，更优选为巴沙木。
[0014]作为优选，步骤(1)所述的酸化亚氯酸钠溶液，按照质量百分比计，由0.5～2wt％的酸，1～3wt％的亚氯酸钠和95～97wt％的水混合所得；更优选比例为1wt％酸、2wt％亚氯酸钠、97wt％去离子水；所述酸为盐酸，冰醋酸，硫酸的一种；更优选为冰醋酸。
[0015]作为优选，步骤(1)中木块在溶液中的加热温度为80～110℃，反应时间为4
‑
6h；更优选为100℃，时间为4h。
[0016]作为优选，步骤(2)中所选的浓碱为氢氧化钠，氢氧化钾和氢氧化锂中的一种；更优选为氢氧化钠；所述碱溶液浓度为4
‑
8wt％；更优选为6wt％。
[0017]作为优选，步骤(2)中所述脱木质素木块在碱溶液中的反应温度为60～90℃，反应时间8～12h；更优选为80℃，时间为10h。
[0018]作为优选，步骤(3)所述的冷冻解冻过程，冷冻温度为
‑
20～30℃，溶解温度为20～22℃。
[0019]作为优选，步骤(3)所述聚乙烯醇溶液的分子量为20000～50000，溶液浓度为8
‑
12wt％；更优选分子量为30000，浓度为10％；纤维素的质量百分比约为30％
‑
50％，石墨烯占比5％
‑
10％，交联剂占比0.5
‑
3％；更优选为40wt％纤维素，8wt％石墨烯，1wt％交联剂。
[0020]作为优选，步骤(3)所述交联剂为二乙烯基苯和二异氰酸酯，N，N
‑
亚甲基双丙烯酰胺和戊二醛中的一种；更优选为戊二醛。
[0021]作为优选，步骤(4)所述冷冻干燥过程在
‑
80℃的冷冻干燥机中进行。
[0022]作为优选，步骤(5)中，所述的含氟表面活性剂为全氟辛酸、全氟辛酸钠、全氟十二烷酸、全氟壬酸钠、全氟十二烷酸钠中的一种；更优选为全氟辛酸。浓度为5
‑
50g/L；更优选为30g/L。浸泡时间为2
‑
6h；更优选为4h。
[0023]上述方法制得一种亲水疏油的超弹性聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶
[0024]作为优选，上述方法制备的亲水疏油的超弹性聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶在油水分离中的应用。
[0025]更优选地，所选的油为大豆油，矿物油，正己烷，环己烷，石蜡油，甲苯，硅油和石油醚中的至少一种。
[0026]本专利技术制备了一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶材料，具有轻质，高孔隙率，高水通量，水下超弹性，和亲水拒油特性。其中油水分离性能的关键在于内部结构和表面特性，多孔结构为含油废水中的油或水提供较长的渗透通道，较高的孔隙率可以提高分离材料对含油废水的分离通量。所制备地气凝胶材料作为过滤层，将油(大豆油，矿物油，正己烷，环己烷，石蜡油，甲苯和石油醚)和水的混合物倒入设计的油水分离装置，可以让密度比油大的水经过气凝胶通道从装置下端滤出。在水流通过后，在气凝胶表面形成一层水化薄膜。可以将混合溶液中的油挡住，实现油水分离效果。所制备的气凝胶在水下的油接触角可以达到165
°
，油水分离率接近98.26％，水通量达到6025.35L m
‑
2h
‑
1，在水下的压缩模量可达15.23MPa。
[0027]综上，本专利技术的以废弃木块为基材制备气凝胶主材生物质纤维素，来源广泛。通过
与聚乙烯醇，石墨烯复合，所制备的气凝胶具有轻质，高孔隙率，高水通量，水下超弹性等优点，提高了传统气凝胶的力学性能。经过工艺简单的含氟溶液浸泡处理赋予了气凝胶亲水拒油特性，实现了高的油水分离特性，同时扩大了气凝胶材料在油水分离领域的应用潜力。
[0028]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1制备的亲水疏油的超弹性聚乙烯醇/纤维素/石墨烯复合气凝胶的前驱体生物质纤维素的制备过程。
[0030]图2为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将废弃的木块浸泡在酸化的亚氯酸钠溶液中，经过加热处理得到脱木质素的木块；(2)将脱木质素木块加入到浓碱溶液中，加热机械搅拌至充分溶解，得到碱化的纤维素溶液，经过抽滤提纯，冷冻干燥得到生物质纤维素；(3)将上述的生物质纤维素，石墨烯粉末和交联剂加入到聚乙烯醇溶液中，搅拌至均匀溶解，经过冷冻解冻工艺得到聚乙烯醇/纤维素/石墨烯水凝胶；(4)将聚乙烯醇/纤维素/石墨烯水凝胶进行洗涤，冷冻干燥得到具有超弹性的聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶；(5)将上述气凝胶充分浸泡在含氟表面活性剂溶液，取出干燥后得到具有亲水疏油特性的聚乙烯醇/纤维素/石墨烯气凝胶。2.根据权利要求1所述的一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法，其特征在于，步骤(1)所选的废弃木块来自于杨木，杉木和巴沙木中的一种，所述亚氯酸钠溶液浓度为1～3wt％，所选酸溶液为盐酸，冰醋酸，硫酸中的一种，浓度为0.5～2wt％。3.根据权利要求1所述的一种高效油水分离的超弹性复合气凝胶及其制备方法，其特征在于，步骤(2)所选的浓碱为氢氧化钠，氢氧化钾和氢氧化锂中的一种，所述碱溶液浓度为4～8wt％。4.根据权利要求1所述的一种高效油水分离的超弹性复...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐少春，陈玉，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：