pH响应型纤维素基材料的制备及其在油水分离中的应用

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近年来,各种原油泄漏事故频发,对生态环境造成了严重的破坏。因此,如何高效地去除水中浮油以及实现油水分离越来越引起人们的重视。目前研究中常用的油水分离材料有各种多孔材料、膜材料及改性织物等。纤维素作为一种来源丰富且天然可降解的高分子材料,广泛应用于人们的生产和生活中,具有极大的应用价值。本文以不同形态的纤维素基材为原材料,通过对其进行化学改性,分别构造了具有pH响应性能的疏水纤维素基多孔材料和棉织物,并对材料的浮油吸附和油水分离效果进行了测试,在油水分离材料的制备和应用研究中具有重要的意义。
  在第一部分中,首先以木浆纤维素为原材料,通过离子液体溶解及均相酯交换的方式制备了水溶性的乙酰乙酸纤维素(CAA),然后与纤维素纳米线悬浮液(CNF)和硅烷偶联剂(APTES,3-氨丙基三乙氧基硅烷)混合交联,通过冷冻干燥法制备了纤维素基多孔材料。利用三种不同碳链长度的氨基烷烃(正己胺、十二胺和十八胺)通过动态烯胺化学键对多孔材料进行疏水改性,制备了具有pH响应性能的纤维素基多孔材料。改性后的多孔材料依然具有三维网络结构,保留了多孔材料高孔隙率的特点,同时具有良好的机械性能和热稳定性能。经三种氨基烷烃改性后,多孔材料与水的接触角分别达到129±2°、135±2°和146±2°,并且由于烯胺键的pH响应性,多孔材料具有可调节的润湿性。油吸附实验结果表明疏水多孔材料能选择性吸附水中的浮油,油吸附容量达到自身重量的40-80倍,且对吸附后的油具有一定的解吸性能,有利于实现油和多孔材料的循环利用。油水分离实验表明,该方法制备的多孔材料能分别实现对油水混合物和油水乳液的高效分离(分离效率均大于99%),具有很好的实际应用价值。
  在第二部分中,首先采用乙酰乙酸叔丁酯通过非均相酯交换的方法分别对纯棉机织物和针织物进行化学改性,在棉织物表面引入乙酰乙酸基团,然后通过动态烯胺化学键引入疏水性十八烷基伯胺,构造了具有pH响应性能的疏水棉织物。红外光谱和接触角测试结果证明十八烷基伯胺成功对两种棉织物进行疏水改性,由于烯胺键的pH响应性,织物具有可调节的润湿性能。该疏水性的棉织物具有优异的耐洗涤性能和油水选择性吸附性能,并且能够实现对油水混合物的有效分离。此外,本研究的改性方法能有效地对染色棉织物进行疏水改性,表明该方法具有普适性。因此本文制备的pH响应型疏水棉织物在油水分离中具有广泛的应用潜力。
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