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天然纤维基新型吸油材料的设计、制备及应用

汪子孺  
【摘要】:天然纤维是一类主要来源于天然植物纤维的可再生原料,其主要成分为纤维素,半纤维素和木质素。天然纤维类材料具有来源广泛、价格低廉、可生物降解等诸多优点,然而大量的天然纤维一直未得到有效利用,被废弃的天然纤维在自然腐烂或焚烧过程中会造成环境的污染和资源的巨大浪费。这些废弃物或被焚烧造成环境污染,或自然腐烂造成资源浪费。为了解决这一现状,本课题以三种不同的天然纤维为原材料,结合各自的结构优势,分别通过三种不同的改性方法,制备了三种新型吸油材料,并考察了它们的吸油性能。具体研究内容如下:(1)乙基纤维素基聚MMA-BA复合高吸油树脂的制备及性能以废弃棉织物中的棉纤维所制备的乙基纤维素(EC)为基体,甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)为接枝单体,过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过接枝共聚成功制备了一种新型复合高吸油树脂(EC-g-P(MMA-co-BA))。通过FT-IR、SEM对EC-g-P(MMA-co-BA)的结构和形貌进行了表征,并对其制备条件、吸油性能和动力学进行了探讨和分析。结果表明,当m(BA):m(MMA)=1:1,ω(BPO)=0.3%,ω(MBA)=0.01%,ω(EC)=0.83%时所制备的树脂吸油性能最好。准二级动力学模型可以较为完整的描述该树脂的吸油过程,平衡时间大约为1.5 h,其对四种油性物质的吸油速率大小依次为:甲苯邻二甲苯二氯甲烷三氯甲烷。(2)乙酰化悬铃木果毛吸油材料的制备及其性能基于悬铃木果毛(Platanus fruit fibers,PFFs)独特的空心管状结构,利用乙酰化的改性方法,成功的合成了一种新型高效吸油材料。采用红外光谱(FTIR)和场发射电子扫描电镜(FE-SEM)分别表征了原料和产物的结构。分别考察了液固比、催化剂浓度、反应温度、反应时间对产物质量增加量(Weight percentage gain,WPG)和吸油量的影响。结果表明,相比于原始悬铃木果毛(Pristine platanus fruit fibers,p-PFFs),乙酰化悬铃木果毛(Acetylated platanus fruit fibers,a-PFFs)对各种油和有机溶剂的吸附量显著提高。动力学研究表明,准二级动力学能很好的描述其吸附行为。保油实验中,载满油的a-PFFs在两个小时之后仅损失了不到30%的载油,表现出了很强的保油能力。此外,实验证实,利用正己烷对载油的a-PFFs进行解吸,可实现对该高效吸油材料的至少八次重复利用。天然可再生的PFFs,为日益严重的油类污染提供了新思路。(3)磁性椰糠粉吸油材料的制备及其性能作为椰子树的主要副产物,椰糠粉(Coco peat powder,CPD)是一个优异的环境友好吸油材料的来源。对椰糠粉的开发利用,可有效减轻大量废弃CPD所产生的环境污染。利用聚多巴胺的粘附性实现Fe_3O_4纳米粒子在CPD表面的有效粘附,继而引入十八胺制备出了高疏水的磁性椰糠壳粉(Magnetic coco peat powder,MCPD)。制备得到的MCPD具有高疏水性(接触角:135±3o)以及稳定的磁性(饱和磁性为27.6 emu/g),从而表现出了高效的油水分离性能和外加磁场下的优异分离性能。结果表明,MCPD可最多吸附吸附其自身重量的8.57倍的油,同时通过乙醇对载油MCPD的脱洗,可轻松实现MCPD11次以上的重复利用。本章制备出的高效环保吸油材料MCPD在油类污染处理领域有着广阔的应用前景。


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