本發(fā)明涉及的是材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種疏水廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
纖維素是地球上儲(chǔ)量豐富的綠色可再生資源，來(lái)源豐富可再生、有良好的生物相容性和可降解性，纖維素氣凝膠是近年發(fā)展起來(lái)的第三代氣凝膠材料，具有高孔隙率，高比表面積，低密度，低熱導(dǎo)率等優(yōu)異性能，在能源、環(huán)保、醫(yī)藥、航天、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而廢舊書紙、報(bào)紙中纖維素含量高，充分提取利用其中的纖維素，不但滿足可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需求，而且有效的降低了復(fù)合材料的成本。
單一組分氣凝膠的較差的機(jī)械性能、疏水性較差等，限制了氣凝膠材料實(shí)際中的使用，因此制備氣凝膠復(fù)合材料，使其具有優(yōu)良綜合性能，是促進(jìn)氣凝膠材料發(fā)展和應(yīng)用的重要途徑。
一方面可以通過(guò)與纖維等材料復(fù)合增強(qiáng)氣凝膠的強(qiáng)度和韌性。如公開(kāi)號(hào)為cn101973752a的中國(guó)專利提供了一種玻璃纖維增強(qiáng)二氧化硅制備柔性氣凝膠及其制備方法，玻璃纖維屬于無(wú)機(jī)材料有一定的脆性，且所用玻璃纖維增加了其密度，使用后氣凝膠難以分解處理。公開(kāi)號(hào)為cn103709435a的中國(guó)專利提供了一種輕質(zhì)高強(qiáng)纖維素氣凝膠的制備方法，纖維素的強(qiáng)度有所提高，但沒(méi)有疏水性，所以纖維素氣凝膠在吸附方面如溢油吸附、污水吸附處理方面應(yīng)用受到限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理、使用方便的疏水廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種疏水廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料，由廢紙纖維素和二氧化硅氣凝膠復(fù)合形成，含量為樣品總質(zhì)量的2％～10％，二氧化硅氣凝膠為基體，以甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷為另一溶膠前驅(qū)體。
一種疏水廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料的制備方法是：
1、廢紙纖維素的提取和預(yù)處理：
將廢紙機(jī)械粉碎，放入到溶液中攪拌脫膠脫墨，再分散到硅酸乙酯、乙醇和水混合溶液中；
2、紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料的制備：
將甲基三甲氧基硅烷(甲基三乙氧基硅烷)、無(wú)水醇、h2o混合溶液加入容器內(nèi)，用鹽酸調(diào)節(jié)ph，制備得到硅溶膠前軀體，將與預(yù)處理過(guò)的廢紙纖維素水溶膠與二氧化硅溶膠進(jìn)行復(fù)合，加入氨水調(diào)節(jié)ph，靜置，得到廢紙纖維素復(fù)合凝膠；
3、紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料的老化及干燥：
廢紙纖維素復(fù)合濕凝膠浸入蒸餾水老化置換出乙醇，并洗去除殘留在樣品表面的改性溶液，最后冷凍干燥得到柔性疏水復(fù)合廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料。
進(jìn)一步，所述步驟1中所用的廢紙為廢舊報(bào)紙、書紙，攪拌脫墨溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀、尿素、水摩爾比為1:(1.3-2):(10-15)，85℃攪拌7h,再加入40％h2o2脫色，后洗滌至中性，所述處理溶液是正硅酸乙酯、乙醇和水摩爾比為正硅酸乙酯:無(wú)水乙醇:水＝1:(25-30):(25-30)。
進(jìn)一步，所述步驟2中，另一溶膠前軀體甲基三甲氧基硅烷(甲基三乙氧基硅烷)、無(wú)水醇、h2o的摩爾比為甲基三甲氧基硅烷(甲基三乙氧基硅烷)：無(wú)水醇：h2o＝1：(10～20)：(3～5)，用鹽酸調(diào)節(jié)的ph為1.25～2，攪拌0.5h～1h,復(fù)合后加入氨水調(diào)節(jié)到ph為10.5，靜置老化時(shí)間10-24h。
進(jìn)一步，所述步驟3中廢紙纖維素復(fù)合濕凝膠浸入蒸餾水置換出乙醇浸漬時(shí)間為24～48h,冷凍干燥的溫度為-50～-100℃。
采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明在廢紙纖維素和二氧化硅氣凝膠的工藝基礎(chǔ)上，把兩種溶膠融合，使廢紙纖維均勻分散在溶膠體系中，在凝膠形成后經(jīng)老化、改性、干燥等步驟制得廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料，解決了單一纖維素氣凝膠柔性不足，又解決了單一硅氣凝膠力學(xué)性能不足的缺點(diǎn)，所制備的纖維素復(fù)合氣凝膠有較好的力學(xué)、疏水綜合性能，在吸附水面溢油、有機(jī)污染方面有潛在的應(yīng)用；本發(fā)明提供的制備方法，原料廢紙來(lái)源廣泛、成本低廉，不易形成二次污染。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1：
首先將廢紙機(jī)械粉碎，取0.2g廢報(bào)紙粉加入到氫氧化鈉4g、尿素7.8g、水25g混合溶液中，85℃攪拌7h,再加入20mlh2o2脫色，后洗滌至中性，用處理溶液正硅酸乙酯2ml、無(wú)水乙醇40ml、水35ml處理，使廢紙纖維素分散并有一定的交聯(lián)。取甲基三甲氧基硅烷、無(wú)水醇、h2o的質(zhì)量分別為13.6g、70g、5.4g，后加入鹽酸，調(diào)節(jié)ph＝1.5，攪拌0.5h,加入硅烷化處理的廢紙纖維，加入氨水，調(diào)節(jié)到ph＝10.5，靜置老化時(shí)間12h，待凝膠。復(fù)合凝膠浸入蒸餾水24h,-40°冷凍，真空冷凍干燥的溫度為-50℃，干燥，得到疏水廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料。
實(shí)施例2：
首先將廢紙機(jī)械粉碎，取0.2g廢紙粉加入到氫氧化鈉4g、尿素7.8g、水25g混合溶液中，85℃攪拌7h,再加入20mlh2o2脫色，后洗滌至中性，用處理溶液是正硅酸乙酯、乙醇和水摩爾比為正硅酸乙酯2ml、無(wú)水乙醇40ml、水40ml處理，使廢紙纖維素分散并有一定的交聯(lián)。取甲基三甲氧基硅烷、無(wú)水醇、h2o的質(zhì)量分別為15g、500g、65g，后加入鹽酸，調(diào)節(jié)ph＝2，攪拌0.5h,加入硅烷化處理的廢紙纖維，加入氨水，調(diào)節(jié)到ph＝11，靜置老化時(shí)間12h，待凝膠。復(fù)合凝膠浸入蒸餾水28h,-40°冷凍，真空冷凍干燥的溫度為-60℃，干燥，得到疏水廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料。
實(shí)施例3：
首先將廢紙機(jī)械粉碎，取2g廢紙粉加入到氫氧化鈉4g、尿素7.8g、水25g混合溶液中，85℃攪拌7h,再加入20mlh2o2脫色，后洗滌至中性，用處理溶液是正硅酸乙酯、乙醇和水摩爾比為正硅酸乙酯2ml、無(wú)水乙醇50ml、水40ml處理，使廢紙纖維素分散并有一定的交聯(lián)。取甲基三甲氧基硅烷、無(wú)水醇、h2o的質(zhì)量分別為13.6g、70g、5.4g，后加入鹽酸，調(diào)節(jié)ph＝1.5，攪拌0.5h,加入硅烷化處理的廢紙纖維，加入氨水，調(diào)節(jié)到ph＝12，靜置老化時(shí)間10h，待凝膠。復(fù)合凝膠浸入蒸餾水28h,-40°冷凍，真空冷凍干燥的溫度為-50℃，干燥，得到疏水廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料。
本具體實(shí)施方式制備的廢紙纖維素氣凝膠復(fù)合材料，密度低(0.01g/cm3～o.08g/cm3，同時(shí)疏水角達(dá)到140～150°，通過(guò)采用廢紙為原料，不但滿足可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需求，而且有效的降低了復(fù)合材料的成本；應(yīng)用本具體實(shí)施方式制得氣凝膠比單一氣凝膠的性能優(yōu)異，可以顯著改善氣凝膠的機(jī)械性能和耐水性能，具有廣闊的發(fā)展前景。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。