【摘 要】
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石油在社会生活中扮演着非常重要的角色,但石油在存储和运输过程中泄露事故的频发以及工业生产中大量含油废水的肆意排放,不仅造成了资源浪费更对人们赖以生存的生态环境造成了巨大破坏。因此开发制备油水分离材料逐渐成为人们关注的焦点。吸附型三维多孔油水分离材料由于具有孔隙率高、密度低、使用简便等优点一直是油水分离材料中的研究热点。但传统的三维多孔油水分离材料存在制备过程复杂、材料价格昂贵、不可生物降解、不可循
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石油在社会生活中扮演着非常重要的角色,但石油在存储和运输过程中泄露事故的频发以及工业生产中大量含油废水的肆意排放,不仅造成了资源浪费更对人们赖以生存的生态环境造成了巨大破坏。因此开发制备油水分离材料逐渐成为人们关注的焦点。吸附型三维多孔油水分离材料由于具有孔隙率高、密度低、使用简便等优点一直是油水分离材料中的研究热点。但传统的三维多孔油水分离材料存在制备过程复杂、材料价格昂贵、不可生物降解、不可循环使用等缺点。木材作为纯天然的绿色生物质复合材料,具有来源广泛、价格低廉、可再生、可生物降解等优点,木材独特的三维分级多孔网络结构,使得其具有成为吸附型三维多孔油水分离材料的结构基础。但木材表面亲水/亲油的特性阻碍了其在油水分离领域的功能化应用。基于此,本研究使用孔隙率相对较高的天然木材——轻木为原材料,采用两步改性法对轻木进行功能化改性,最终成功制备了具有超疏水/超亲油特性的硅烷化柔性轻木。第一步对轻木进行碱热改性处理,并探究碱热处理时间对轻木表面微观形貌、化学成分、多孔结构（孔隙率与比表面面积）、压缩性能、抗疲劳性能以及热性能的影响,确定最佳碱热处理时间,制备柔性轻木;第二步使用十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）通过溶液浸渍法对柔性轻木进行硅烷化改性,分析不同浸渍时间对柔性轻木表面微观形貌、化学成分以及疏水性能的影响,确定最佳的浸渍时间,制备硅烷化柔性轻木,并对其油水分离选择性、吸附动力学行为、吸油性能以及循环使用性能进行了研究分析。研究结果如下:1、碱热改性处理后,轻木在横截面上的蜂窝多孔结构受到一定程度的破坏,细胞壁纤维之间出现空隙,且随着碱热处理时间的增加,这种空隙尺寸逐渐变大。随着碱热处理时间的增加,轻木中木质素和半纤维素的相对含量逐渐降低,纤维素的相对含量逐渐升高。半纤维素和木质素的去除使得轻木细胞壁纤维骨架上暴露了更多的微米级孔隙,造成轻木材料孔隙率和比表面积升高,平均孔径变小。2、轻木在垂直于木射线方向（R方向）和平行于木射线方向（T方向）的压缩强度和压缩模量都随着碱热处理时间的延长而逐渐降低,并且在R方向的压缩强度和模量更低。当碱热处理时间达到5 h后,轻木在R方向上表现出压缩回弹性,并在50次循环压缩测试中,表现出良好的压缩回弹性以及耐疲劳性。碱热处理后,由于半纤维素和其它小分子物质的去除,轻木的热稳定性得到改善,轻木在沿生长方向（L方向）和R方向的导热系数都有所降低,其中在R方向的导热系数从0.145 W/mk降至0.039 W/mk。轻木的碱热处理改性的最佳时间为5 h。3、在经过DTMS改性后,柔性轻木表面出现了DTMS水解后自聚合形成低表面能的聚硅氧烷涂层薄膜和纳米级的聚硅氧烷颗粒,呈现出典型的微纳粗糙结构,使得改性后的柔性轻木表面展现出了疏水的特性,水接触角从0°提高到了最大151.2°。当浸渍时间达到2 h后,进一步延长浸渍时间,其疏水角提升不大,可以认为2 h是柔性轻木硅烷化改性的最佳浸渍时间。4、硅烷化柔性轻木展现出超疏水/超亲油的特性,并且可以将油水混合溶液中的油或者有机试剂吸附进材料内部孔隙结构的同时将水隔绝,从而实现选择性油水分离。硅烷化柔性轻木对二甲基硅油的吸附动力学行为更符合准一级动力学模型,拟合相关系数R~2为0.99626,吸附速率常数1为0.14631,吸附速率较快。硅烷化柔性轻木吸完油或有机试剂后,通过挤压方式即可实现油或有机试剂的排出回收,实现二次利用。在十次循环吸油测试中,硅烷化柔性轻木对各类油或有机试剂的饱和吸附量基本没有变化,且经过十次循环吸油测试其水接触角仍能维持在在143.2°。
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