一種纖維素基纖維材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纖維素基纖維材料的制備方法，特別涉及一種用于油水乳液分離的纖維素基纖維材料的制備方法，屬于環(huán)境功能材料制備與應用技術領域。
【背景技術】
[0002]實現(xiàn)油水混合物的高效快速分離，對于保護水環(huán)境、節(jié)約能源具有重要的意義。傳統(tǒng)油水分離用超疏水超親油材料易被油潤濕，在油水分離過程中極易被油和油中的雜質(zhì)污染或堵塞。超疏水表面粘附的油，尤其是高粘度油，會嚴重影響油水分離效果，且會造成二次污染。另外，在油水分離過程中，由于油的密度往往比水低，這使得往往是水先與材料表面接觸，導致油無法通過傳統(tǒng)油水分離材料，影響分離效率。
[0003]針對油-水密度的差別和傳統(tǒng)油水分離材料易被油污染的問題，結(jié)合現(xiàn)實生活中含油污水大都是含少量油和大量水的情況，水下超疏油表面的研究近期引起了關注，它具有超親水和水下超疏油的性能。密度大的水可以迅速潤濕并透過該類材料表面，而密度小的油則無法潤濕表面，從而截留在材料的一側(cè)，實現(xiàn)油-水分離。另外，被水潤濕的超親水/水下超疏油表面在油-水分離過程中還會起到破乳的作用，有利于分散油和乳化油的分離。
[0004]目前公開的專利CN104831415A、CN104548667A等使用金屬網(wǎng)和非金屬網(wǎng)為基底制備出了超親水和水下超疏油膜進行油水分離，雖然具有一定的油水乳液分離能力，但是存在膜材料耐化學品性能低、涂層與基底材料結(jié)合不牢固等缺陷，從而使膜材料失去油水分離性能。另外這些網(wǎng)膜的制備過程較為復雜，步驟較多且條件難以控制，也為實際應用帶來了限制。因此，采用簡單的工藝制備出高效、穩(wěn)定、環(huán)境友好的具有油水乳液分離能力的材料方面還面臨著挑戰(zhàn)。
[0005]本發(fā)明選取了天然纖維素材料作為反應的原材料，通過溶解-再生的方法制備了一種具有油水乳液分離能力的纖維素基纖維材料。該多孔纖維素基纖維材料可以對油水乳液進行分離，且分離效果好、力學強度高、可反復使用并且制備方法簡單易行、安全環(huán)保，具有很好的應用價值和市場前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于，提供一種纖維素基纖維材料的制備方法，該方法將纖維素原料棉花、竹纖維、棉布或竹纖維布在溶劑氯化鋅水溶液中溶解;再加入成孔劑無水硫酸鈉，靜置，水洗固化，再經(jīng)低溫冷凍干燥處理，即獲得纖維素基纖維材料。通過本發(fā)明所述方法獲得的纖維素基纖維材料具有良好的超親水-水下超疏油的性質(zhì)，適用于油水混合物和油水乳液的分離處理，對含甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等油水混合物和油水乳液均能進行分離，具有分離速度快，分離效果好，力學強度高，穩(wěn)定性好，能夠循環(huán)使用等優(yōu)勢。本發(fā)明所述方法中原料來源廣、價格低，加工方法環(huán)保、安全、簡單、高效，加工得到的纖維素基纖維材料應用領域廣泛，潛在巨大的經(jīng)濟效益。易大規(guī)模生產(chǎn)，具有很好的應用價值和市場前景。
[0007]本發(fā)明所述的一種纖維素基纖維材料的制備方法，按下列步驟進行:
[0008]a、將質(zhì)量分數(shù)為1-7%的纖維素原料棉花、竹纖維、棉布或竹纖維布加入到質(zhì)量分數(shù)為67-70 %的氯化鋅水溶液中，溫度70-80 0C，加熱攪拌溶解，時間0.5_3小時，得到混合液；
[0009]b、將步驟a得到的混合液中加入質(zhì)量分數(shù)為15-40%的成孔劑無水硫酸鈉，攪拌均勻，得到混合液；
[0010]C、將步驟b得到的混合液室溫靜置，時間2-6小時，溫度50 0C水洗固化，時間48-60小時，再經(jīng)低溫冷凍干燥處理，時間為12-36小時，即得到纖維素基纖維材料。
[0011]所述方法獲得的纖維素基纖維材料在油水分離中的用途。
[0012 ]所述油水分離為油水混合物的分離和/或油水乳液的分離。
[0013]所述油水混合物分離中的油為甲苯、二氯乙烷、石油、汽油或柴油。
[0014]所述油水乳液分離為不含表面活性劑的油水乳液或含表面活性劑的油水乳液的分咼。
[0015]本發(fā)明所述的一種纖維素基纖維材料的制備方法，通過該方法獲得的纖維素基纖維材料具有在空氣中超親水超親油(在空氣中與水和油的接觸角接近于0°)、水下超疏油(在水下與油滴的接觸角大于150°)的性質(zhì)，具體可用于含油油水混合物(如含有甲苯、二氯乙烷、石油、汽油或柴油等)的油水分離、不含表面活性劑乳液(水包油乳液)和含表面活性劑乳液(吐溫80的乳液)的分離。
[0016]通過本發(fā)明所述方法獲得的纖維素基纖維材料，原料易得，價格低廉，制備工藝簡單，操作簡便，可用于大范圍制備。經(jīng)試驗表明:本發(fā)明所提供的纖維素基纖維材料具有分離速度快、分離效果好等優(yōu)勢，適用于油水混合物和油水乳液的分離處理，對含甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等含油油水混合物和油水乳液均能進行分離，力學強度高，穩(wěn)定性好，能夠循環(huán)使用。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明制備的具有親水-水下超疏油纖維素基纖維材料的數(shù)碼圖片；
[0018]圖2為本發(fā)明接觸角圖片;其中a為在空氣中測量水在纖維素基纖維材料表面的接觸角照片，b為在水中測量I，2-二氯乙烷在纖維素基纖維材料表面的接觸角照片；
[0019]圖3為本發(fā)明實施例1-4中所制備的纖維素基纖維材料用于分離油水混合物或油水乳液的實驗裝置與實驗效果圖，其中，a代表分離的纖維素基纖維材料;b代表油水乳液;c代表通過纖維素基纖維材料的濾液。
[0020]圖4為本發(fā)明實施例1制備的纖維素基纖維材料對油水乳液分離效果圖；其中4a為油水乳液的光學顯微鏡照片;4b為濾液的光學顯微鏡照片；
【具體實施方式】
[0021]本實施例在本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，但不僅限于下述的實施例。
[0022]實施例1
[0023]a、將質(zhì)量分數(shù)為1%的0.Sg纖維素原料棉花加入到溶劑為質(zhì)量分數(shù)為67-70%的79.2g氯化鋅水溶液中，溫度80°C，加熱攪拌溶解，時間1.5小時，得到混合液；
[0024]b、將步驟a得到的混合液中加入質(zhì)量分數(shù)為15%的14.1g成孔劑為無水硫酸鈉中，攪拌均勻，得到混合液；
[0025]c、將步驟b得到的混合液室溫靜置，時間2小時，放入50°C溫水中水洗固化，時間48小時，再經(jīng)低溫冷凍干燥處理，時間24小時，即獲得纖維素基纖維材料，如圖1所示。
[0026]實施例2
[0027]a、將質(zhì)量分數(shù)為7%的7g纖維素原料竹纖維加入到溶劑為質(zhì)量分數(shù)為67-70%的93g氯化鋅水溶液中，在溫度70°C，加熱攪拌溶解，時間3小時，得到混合液；
[0028]b、將步驟a得到的混合液中加入質(zhì)量分數(shù)為40%的67g成孔劑為無水硫酸鈉中，攪拌均勻，得到混合液；
[0029]c、將步驟b得到的混合液室溫靜置，時間為4小時，放入溫度為50°C溫水中水洗固化，時間60小時，再經(jīng)低溫冷凍干燥處理，時間為36小時，即獲得纖維素基纖維材料。
[0030]實施例3
[0031]a、將質(zhì)量分數(shù)為3%的1.5g纖維素原料棉布加入到溶劑為質(zhì)量分數(shù)為67-70%的48.5g氯化鋅水溶液中，在溫度75 °C，加熱攪拌溶解，時間0.5小時，得到混合液；
[0032]b、將步驟a得到的混合液中加入質(zhì)量分數(shù)為25%的16.7g成孔劑為無水硫酸鈉中，攪拌均勻，得到混合液；
[0033]c、將步驟b得到的混合液室溫靜置，時間為6小時，放入溫度為50°C的溫水中水洗固化，時間55小時，再經(jīng)低溫冷凍干燥處理，時間為20小時，即獲得纖維素基纖維材料。
[0034]實施例4
[0035]a、將質(zhì)量分數(shù)為5%的2g纖維素原料竹纖維布加入到溶劑為質(zhì)量分數(shù)為67-70%的38g氯化鋅水溶液中，在溫度75°C，加熱攪拌溶解，時間2小時，得到混合液；
[0036]b、將步驟a得到的混合液中加入質(zhì)量分數(shù)為30%的17.1g成孔劑為無水硫酸鈉中，攪拌均勻，得到混合液；
[0037]c、將步驟b得到的混合液室溫靜置，時間為6小時，放入溫度為50°C的溫水中水洗固化，時間48小時，再經(jīng)低溫冷凍干燥處理，時間為24小時，即獲得纖維素基纖維材料。
[0038]實施例5
[0039]在空氣中測量本實施例1-4任意一種得到的纖維素基纖維材料與水滴的接觸角接近于0° (如圖2a所示)；將得到的纖維素基纖維材料在水中浸泡I分鐘，在水下測量該纖維素基纖維材料與I，2_二氯乙烷的接觸角大于150° (如圖2b所示)；實驗結(jié)果表明:得到的纖維素基纖維材料具有典型的親水-水下超疏油性質(zhì);將油水混合物(如甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等)倒入固定有實施例1-4任意一種得到的纖維素基纖維材料的垂直放置的玻璃管中，水在快速、順利通過的同時油(如甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等)被完全阻擋在網(wǎng)膜上方，具有有效的油水分離效果。
[0040]實施例6
[0041]利用圖3所示的實驗裝置測量對本實施例1-4任意一種得到的纖維素基纖維材料進行含表面活性劑的油水乳液分離實驗:將該纖維素基纖維材料固定在兩個夾具中間，上、下分別接入進料玻璃管和出料玻璃管，將汽油與水的水包油乳液(體積比1:100，含0.5mg吐溫80)經(jīng)上方的進料玻璃管倒在該纖維素基纖維材料上，乳液經(jīng)過該材料破乳，水穿過該材料并從下方的出料玻璃管流下，同時油被該材料阻擋在上方，實現(xiàn)分離油包水乳液的目的，得到分離后的水;其中汽油可替換為甲苯、二氯乙烷、石油或柴油中的任一種。
[0042]實施例7
[0043]利用圖3所示的實驗裝置測量對本實施例1-4任意一種得到的纖維素基纖維材料進行不含表面活性劑的油水乳液分離實驗:將該纖維素基纖維材料固定在兩個夾具中間，上、下分別接入進料玻璃管和出料玻璃管，將甲苯與水的水包油乳液(體積比1:100)經(jīng)上方的進料玻璃管倒在該纖維素基纖維材料上，乳液經(jīng)過該材料破乳，水穿過該材料并從下方的出料玻璃管流下，同時油被該材料阻擋在上方，實現(xiàn)分離油包水乳液的目的，得到分離后的水;其中甲苯可替換為二氯乙烷、石油、汽油或柴油中的任一種。
[0044]本發(fā)明的實驗結(jié)果顯示，通過本發(fā)明所述方法獲得的纖維素基纖維材料與水的接觸角接近于0°，因而水能夠輕易的穿過所述的油水分離用纖維素基纖維材料;該纖維素基纖維材料在水下對油(如甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等)的接觸角均大于150°，即油滴在所述的油水分離用纖維素基纖維材料表面不能浸潤因而不能穿過;將油水混合物倒入固定有本發(fā)明的纖維素基纖維材料的垂直放置的玻璃管中，水在快速、順利通過的同時油(如甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等)被完全阻擋在網(wǎng)膜上方，具有有效的油水分離效果;而且所述的纖維素基纖維材料對油滴具有極低的粘附，清洗簡便，可反復使用，具有穩(wěn)定的油水分離效果。
【主權項】
1.一種纖維素基纖維材料的制備方法，其特征在于按下列步驟進行: a、將質(zhì)量分數(shù)為1-7%的纖維素原料棉花、竹纖維、棉布或竹纖維布加入到質(zhì)量分數(shù)為67-70%的氯化鋅水溶液中，溫度70-800C，加熱攪拌溶解，時間0.5_3小時，得到混合液； b、將步驟a得到的混合液中加入質(zhì)量分數(shù)為15-40%的成孔劑無水硫酸鈉，攪拌均勻，得到混合液； C、將步驟b得到的混合液室溫靜置，時間2-6小時，溫度50°C水洗固化，時間48-60小時，再經(jīng)低溫冷凍干燥處理，時間為12-36小時，即得到纖維素基纖維材料。2.根據(jù)權利要求1所述方法獲得的纖維素基纖維材料在油水分離中的用途。3.根據(jù)權利要求2所述的用途，其特征在于油水分離為油水混合物的分離和/或油水乳液的分離。4.根據(jù)權利要求3所述的用途，其特征在于所述油水混合物的分離中的油為甲苯、二氯乙烷、石油、汽油或柴油。5.根據(jù)權利要求3所述的用途，其特征在于所述油水乳液的分離為不含表面活性劑的油水乳液或含表面活性劑的油水乳液的分離。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種纖維素基纖維材料的制備方法，該方法將纖維素原料棉花、竹纖維、棉布或竹纖維布在溶劑氯化鋅水溶液中溶解；再加入成孔劑無水硫酸鈉，靜置，水洗固化，再經(jīng)低溫冷凍干燥處理，即獲得纖維素基纖維材料。通過本發(fā)明所述方法獲得的纖維素基纖維材料具有良好的超親水?水下超疏油的性質(zhì)，適用于油水混合物和油水乳液的分離處理，對含甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等含油油水混合物和油水乳液均能進行分離，具有速度快，分離效果好，力學強度高，穩(wěn)定性好，能夠循環(huán)使用等優(yōu)勢，具有很好的應用價值和市場前景。本發(fā)明所述方法中原料來源廣、價格低，加工方法環(huán)保、安全、簡單、高效，加工得到的纖維素基纖維材料應用領域廣泛，潛在巨大的經(jīng)濟效益。
【IPC分類】B01D17/022
【公開號】CN105709460
【申請?zhí)枴緾N201610262627
【發(fā)明人】楊蘇東, 馬鵬程, 陳琳, 陳軍騰
【申請人】中國科學院新疆理化技術研究所