一種由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法
【專利摘要】一種由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，涉及一種氣凝膠的制備方法。本發(fā)明的目的是提供一種由廢紙制備再生磁性纖維素氣凝膠的方法，使用生活中的廢紙材料作為原材料制備綠色、超輕、高度多孔氣凝膠吸油材料。所述方法步驟如下：步驟一、由廢紙制備再生纖維素；步驟二、再生纖維素氣凝膠的制備；步驟三、再生纖維素氣凝膠的疏水改性；步驟四、磁性再生纖維素氣凝膠吸油材料的制備。本發(fā)明的磁性纖維素氣凝膠吸油材料利用生活廢紙制備，能夠大大節(jié)省材料，變廢為寶，制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、使用方便、能夠有效吸收水中泄漏的多種有機(jī)溶劑和油類物質(zhì)，吸收倍率高，吸油徹底，吸油材料無毒無害、引起二次污染很小，采用磁性收集方法簡(jiǎn)便易用。
【專利說明】一種由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣凝膠的制備方法，具體涉及一種由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]頻繁出現(xiàn)的水體石油泄漏在水生環(huán)境中造成眾多的負(fù)面影響。因此，迫切需要開發(fā)一種快速、高效、經(jīng)濟(jì)的吸收劑從水面清理石油泄漏。經(jīng)過長(zhǎng)期的探索和努力，目前溢油事故的處理方法主要包括物理、生物和化學(xué)方法，化學(xué)法包括消油劑、分散劑、凝油劑等，但是消油劑等會(huì)對(duì)海面造成二次污染。物理方法主要包括吸油氈、撇油器、吸油劑等，但是這種方法對(duì)于原油等粘度較大的油處理效果還行，但對(duì)于汽、煤、柴油等輕質(zhì)油，在海面擴(kuò)散速度快，物理方法效果不理想。吸附劑大多使用活性炭、鋸末、天然或合成纖維等，活性炭和鋸末都因?yàn)檩^低的吸油效率而不被經(jīng)常使用。因此制備新型高效吸油劑具有巨大的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
[0003]氣凝膠具有高度多孔性、吸收倍率高，被認(rèn)為是一種非常有效的吸油材料。氣凝膠通常由濕凝膠通過臨界點(diǎn)干燥或冷凍干燥等方法制得。近年來，纖維素氣凝膠的研究是熱點(diǎn)之一，纖維素氣凝膠具有高度多孔的結(jié)構(gòu)，但是其非常脆弱、擠壓或吸收過程中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)容易被損壞，所以在作為吸油劑使用時(shí)需要進(jìn)行部分改性處理。
[0004]生活中廢紙是困擾人們的污染源之一，人們通常是使用焚燒和填埋等方法處理，既浪費(fèi)資源又污染環(huán) 境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種由廢紙制備再生磁性纖維素氣凝膠的方法，使用生活中的廢紙材料作為原材料制備綠色、超輕、高度多孔氣凝膠吸油材料。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，具體操作步驟如下:
步驟一、由廢紙制備再生纖維素
將廢紙打碎洗凈，在水中溶解形成水凝膠后，除去沉淀的雜質(zhì)；然后先在酸中水解，再以堿溶液回流，最后經(jīng)漂白烘干提取原料中的纖維素。具體步驟如下:
將原料粉碎成0.5^1cm長(zhǎng)小塊，投入燒瓶中，按原料重:溶液體積=1: 10-20加入酸浸沒，常壓下煮沸回流，持續(xù)61小時(shí)，再洗至中性研碎，待堿水解。原料經(jīng)酸水解后放回?zé)恐?，加入與酸同體積的堿溶液煮沸回流6~8h后，75^80 V下于堿性過氧化氫溶液中漂白3(T50min小時(shí)，洗至中性烘干，得灰白纖維素。
[0007]步驟二、再生纖維素氣凝膠的制備
(I)將步驟一提取的纖維素分散到氫氧化鈉/尿素溶液中超聲處理61分鐘使其混合均勻，混合溶液中含有2~5wt%纖維素、1.9~2.5wt%氫氧化鈉、l(T20wt%尿素；(2)將處理完的水凝膠混合物-4'8°C冰凍20-24小時(shí)，在室溫解凍之后，浸在乙醇中凝固；(3)然后在去離子水中浸泡凝膠f 3天實(shí)現(xiàn)溶劑交換；(4)在-18'20°C預(yù)凍結(jié)樣品12~18h，然后在-98'80°C冷凍干燥樣品2~3天。
[0008]步驟三、再生纖維素氣凝膠的疏水改性
把再生纖維素氣凝膠放置在一個(gè)大的燒杯中，把甲基三甲氧基硅烷(MTMS)添加到大燒杯中浸潰，控制再生纖維素氣凝膠與甲基三甲氧基硅烷的質(zhì)量比為28~32:1，在溫度為7(T80°C的條件下進(jìn)行硅烷化反應(yīng)疒3h。此后，涂層樣品放置在真空干燥箱去除多余的涂層試劑。
[0009]步驟四、磁性再生纖維素氣凝膠吸油材料的制備
采用水熱法制備磁性MTMS-涂覆再生纖維素氣凝膠，具體步驟如下:(I)用FeCl3.6Η20和ΑΜΡ-95 (2-氨基-2-甲基-1-丙醇)按照10-20:1的質(zhì)量比用蒸餾水溶解，用超聲處理得到紅色的溶液；(2)將 步驟三的產(chǎn)物放入配制的紅色溶液中，紅色溶液中再生纖維素氣凝膠的濃度為f 20g/L，調(diào)節(jié)pH在l(Tll之間，然后加入適量水合肼直至得到黑紅色渾濁溶液；(3)將黑紅色渾濁溶液移入密閉的反應(yīng)釜中，在12(Tl50°C的條件下持續(xù)2飛h，自然冷卻至恒溫；(4)將氣凝膠取出后用蒸餾水和無水乙醇分別沖洗數(shù)次至沖洗液體顏色變淡，得到磁性再生纖維素氣凝膠。
[0010]本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明制備的磁性再生纖維素氣凝膠擁有高度多孔結(jié)構(gòu)、組成相互關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，密度低、孔隙度高。材料具有磁性，吸油之后可以用磁鐵快速吸附打撈，便于收集。
[0011]2、本發(fā)明對(duì)制備出的磁性纖維素氣凝膠吸油材料進(jìn)行了詳細(xì)的相選擇性吸附水中的有機(jī)溶劑或油品實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠有效吸收俄油、柴油、汽油、花生油、大豆油、橄欖油、環(huán)己烷、乙酸乙酯、石油醚等多種有機(jī)溶劑及油品。在1(T60°C溫度范圍中，吸收倍率達(dá)到15~40g/g之間。由于吸油材料具有磁性，吸收過后，用磁鐵或者其他磁性物質(zhì)可以較簡(jiǎn)便的收集打撈。
[0012]3、本發(fā)明的磁性纖維素氣凝膠吸油材料利用生活廢紙制備，能夠大大節(jié)省材料，變廢為寶，制作工藝簡(jiǎn)單、成本低、使用方便、能夠有效吸收水中泄漏的多種有機(jī)溶劑和油類物質(zhì)，吸收倍率高，吸油徹底，吸油材料無毒無害、引起二次污染很小，采用磁性收集方法簡(jiǎn)便易用。
[0013]4、本發(fā)明制備的磁性纖維素氣凝膠吸油材料具有極大的生產(chǎn)、應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0015]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式將廢紙?jiān)倮弥苽湓偕w維素，然后制備再生纖維素水凝膠，經(jīng)過冷凍干燥制備出纖維素氣凝膠，對(duì)其進(jìn)行疏水和磁性改性后即可作為有效的溢油吸收劑使用。疏水改性采取的是甲基三甲氧基硅烷對(duì)纖維素氣凝膠進(jìn)行表面涂覆，在提高其疏水、親油能力的同時(shí)提高其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。具體操作步驟如下:
步驟一、由廢紙制備再生纖維素:
將廢紙打碎洗凈，在水中溶解形成水凝膠后，除去沉淀的雜質(zhì)。[0016]在不同酸、堿試劑中水解，選擇先在酸中水解，再以堿溶液回流，最后經(jīng)漂白烘干的方法來提取原料中的纖維素。水解條件，將原料粉碎成0.5~lcm長(zhǎng)小塊，投入燒瓶中，按原料重:溶液體積=1: 10，加入酸浸沒，常壓下煮沸回流，持續(xù)6小時(shí)，再洗至中性研碎，待堿水解。原料經(jīng)酸水解后放回?zé)恐?，加入與酸同體積的堿溶液煮沸回流6h后，75~80°C下于堿性過氧化氫溶液中漂白半小時(shí)，洗至中性烘干，得灰白纖維素，即再生纖維素纖維。
[0017]步驟二、再生纖維素氣凝膠的制備
再生纖維素纖維(2wt %)分散到氫氧化鈉/尿素溶液(1.9 wt % / 10 wt %)，用超聲裝置超聲處理6分鐘使其混合均勻。然后把處理完的水凝膠混合物放置在冰箱中_4°C冰凍24小時(shí)，可以看到體系被凍結(jié)。在室溫解凍之后，浸在乙醇(99vol%)中凝固。使用燒杯作為模具制取試樣。然后在去離子水中浸泡凝膠2天實(shí)現(xiàn)溶劑交換。在_18°C預(yù)凍結(jié)樣品12h，然后用冷凍干燥箱在_98°C冷凍干燥樣品2天。
[0018]步驟三、再生纖維素氣凝膠的疏水改性:
把再生纖維素氣凝膠放置在一個(gè)大的燒杯中，把甲基三甲氧基硅烷(MTMS)添加到大燒杯中浸潰，控制再生纖維素氣凝膠與甲基三甲氧基硅烷的質(zhì)量比為32:1。然后將體系放置在烘箱中，設(shè)置溫度為70°C，時(shí)間2h，進(jìn)行硅烷化反應(yīng)。此后，涂層樣品放置在真空干燥箱去除多余的涂層試劑。
[0019]步驟四、磁性再生纖維素氣凝膠吸油材料的制備
用FeCl3.6Η20和ΑΜΡ-95 (2-氨基-2-甲基-1-丙醇)按照10:1的質(zhì)量比例用蒸餾水溶解，用超聲處理得到紅色的溶液。將步驟三的產(chǎn)物放入配制的紅色溶液中，加入氨水調(diào)節(jié)pH在l(Tll之間，然后加入適量水合肼直至得到黑紅色渾濁溶液。將其移入密閉的反應(yīng)釜中，將溫度設(shè)置為120°C，持續(xù)2-5h，自然冷卻至恒溫。將氣凝膠取出后用蒸餾水和無水乙醇分別沖洗數(shù)次至沖洗液體顏色變淡，得到樣品。
[0020]本實(shí)施方式中，氫氧化鈉、尿素、甲基三甲氧基硅烷和乙醇均為分析純。
[0021]將制備的磁性吸油材料制備成IXlcm大小的吸油材料，置于50X50cm面積的溢油與水的混合物中，添加溢油IOg后,加入制備的吸油材料0.5g, 5min能夠吸油98%,飽和吸油率達(dá)到自身重量的20倍。采用磁鐵吸收打撈，吸油徹底，保油率高，達(dá)到99%。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式按照以下步驟制備磁性再生纖維素氣凝膠吸油材料:
步驟一、由廢紙制備再生纖維素:
將廢紙打碎洗凈，在水中溶解形成水凝膠后，除去沉淀的雜質(zhì)。
[0023]在不同酸、堿試劑中水解，選擇先在酸中水解，再以堿溶液回流，最后經(jīng)漂白烘干的方法來提取原料中的纖維素。水解條件，將原料粉碎成0.5~lcm長(zhǎng)小塊，投入燒瓶中，按原料重:溶液體積=1: 20，加入酸浸沒，常壓下煮沸回流，持續(xù)6小時(shí)，再洗至中性研碎，待堿水解。原料經(jīng)酸水解后放回?zé)恐?，加入與酸同體積的堿溶液煮沸回流8h后，75~80°C下于堿性過氧化氫溶液中漂白半小時(shí)，洗至中性烘干，得灰白纖維素，即再生纖維素纖維。
[0024]步驟二、再生纖維素氣凝膠的制備
再生纖維素纖維(3wt%)分散到氫氧化鈉/尿素溶液(2wt%/15wt%)，用超聲裝置超聲處理6分鐘使其混合均勻。然后把處理完的水凝膠混合物放置在冰箱中_4°C冰凍24小時(shí)，可以看到體系被凍結(jié)。在室溫解凍之后，浸在乙醇(99vol%)中凝固。使用燒杯作為模具制取試樣。然后在去離子水中浸泡凝膠2天實(shí)現(xiàn)溶劑交換。在_18°C預(yù)凍結(jié)樣品12h，然后用冷凍干燥箱在-98 °C冷凍干燥樣品2天。
[0025]步驟三、再生纖維素氣凝膠的疏水改性:
把再生纖維素氣凝膠放置在一個(gè)大的燒杯中，把甲基三甲氧基硅烷(MTMS)添加到大燒杯中浸潰，控制再生纖維素氣凝膠與甲基三甲氧基硅烷的質(zhì)量比為30:1。然后將體系放置在烘箱中，設(shè)置溫度為70°C，時(shí)間2h，進(jìn)行硅烷化反應(yīng)。此后，涂層樣品放置在真空干燥箱去除多余的涂層試劑。
[0026]步驟四、磁性再生纖維素氣凝膠吸油材料的制備
用FeCl3.6Η20和ΑΜΡ-95 (2-氨基-2-甲基-1-丙醇)按照20:1的質(zhì)量比例用蒸餾水溶解，用超聲處理得到紅色的溶液。將步驟三的產(chǎn)物放入配制的紅色溶液中，加入氨水調(diào)節(jié)pH在l(Tll之間，然后加入適量水合肼直至得到黑紅色渾濁溶液。將其移入密閉的反應(yīng)釜中，將溫度設(shè)置為120°C，持續(xù)2-5h，自然冷卻至恒溫。將氣凝膠取出后用蒸餾水和無水乙醇分別沖洗數(shù)次至沖洗液體顏色變淡，得到樣品。
[0027]將制備的磁性吸油材料制備成I X Icm大小的吸油材料，置于50 X 50cm面積的溢油與水的混合物中，添加溢油IOg后,加入制備的吸油材料0.4g, 5min能夠吸油98%,飽和吸油率達(dá)到自身重量的25倍。采用磁鐵吸收打撈，吸油徹底，保油率高，達(dá)到99%。
【權(quán)利要求】
1.一種由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述方法步驟如下: 步驟一、由廢紙制備再生纖維素； 步驟二、再生纖維素氣凝膠的制備； 步驟三、再生纖維素氣凝膠的疏水改性； 步驟四、磁性再生纖維素氣凝膠吸油材料的制備 采用水熱法制備磁性MTMS-涂覆再生纖維素氣凝膠:(I)用FeCl3.6Η20和ΑΜΡ-95按照10^20:1的質(zhì)量比用蒸餾水溶解，用超聲處理得到紅色的溶液；(2)將步驟三的產(chǎn)物放入配制的紅色溶液中，調(diào)節(jié)PH在l(Tll之間，然后加入水合肼直至得到黑紅色渾濁溶液；(3)將黑紅色渾濁溶液移入密閉的反應(yīng)釜中，在12(T150°C的條件下持續(xù)2飛h，自然冷卻至恒溫；(4)將氣凝膠取出后進(jìn)行沖洗，至沖洗液體顏色變淡，得到磁性再生纖維素氣凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述步驟一中，由廢紙制備再生纖維素的方法如下:將廢紙粉碎成0.5~Icm長(zhǎng)小塊，投入燒瓶中，按原料重:溶液體積=1:10-20加入酸浸沒，常壓下煮沸回流，持續(xù)61小時(shí)，再洗至中性研碎；原料經(jīng)酸水解后放回?zé)恐?，加入與酸同體積的堿溶液煮沸回流6~8h后，75~80°C下于堿性溶液中漂白3(T50min小時(shí)，洗至中性烘干，得灰白纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述步驟二中，再生纖維素氣凝膠的制備方法為:(1)將步驟一提取的纖維素分散到氫氧化鈉/尿素溶液中超聲處 理6~8分鐘使其混合均勻，混合溶液中含有2~5wt%纖維素、1.9^2.5wt%氫氧化鈉、l(T20wt%尿素；(2)將處理完的水凝膠混合物-4~-8°C冰凍20~24小時(shí)，在室溫解凍之后，浸在乙醇中凝固；(3)然后在去離子水中浸泡凝膠2~3天實(shí)現(xiàn)溶劑交換；(4)在-18'20°C預(yù)凍結(jié)樣品12~18h，然后在-98'80°C冷凍干燥樣品2~3天。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述混合溶液中含有2wt%纖維素、1.9wt%氫氧化鈉、10wt%尿素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述步驟三中，再生纖維素氣凝膠的疏水改性方法如下:把再生纖維素氣凝膠放置在一個(gè)大的燒杯中，把甲基三甲氧基硅烷添加到大燒杯中浸潰，在溫度為7(T80°C的條件下進(jìn)行硅烷化反應(yīng)2 ~3h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述再生纖維素氣凝膠與甲基三甲氧基硅烷的質(zhì)量比為28~32:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述再生纖維素氣凝膠與甲基三甲氧基硅烷的質(zhì)量比為32:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述步驟四中，F(xiàn)eCl3.6H20和AMP-95的質(zhì)量比為10:1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由廢紙制備磁性纖維素氣凝膠的方法，其特征在于所述步驟四中，紅色溶液中再生纖維素氣凝膠的濃度為f50g/L。
【文檔編號(hào)】C08J7/12GK103980547SQ201410227151
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】劉宇艷, 劉振國, 王永臻, 林幼萍, 吳松全 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)