[发明专利]一种具有多级孔结构吸油材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多级孔结构吸油材料的制备方法；本发明预先通过机械搅拌和冷冻干燥工艺通过自组装制备低密度的细菌纤维素气凝胶，然后在真空状态下与以具有甲基的硅氧烷为前驱体制备的氧化硅凝胶复合，采用冷冻干燥工艺制备具有多级孔结构的超弹、超疏水和超亲油的吸油材料。其最大弹性形变能达到40％～80％，且在卸压之后能回复到原来尺寸。同时，其接触角为145°～152°，对多种有机物和油污具有较高的吸附容量，吸附品质因素在8～11之间。该复合材料由于其超弹性和优异的吸油性能，还能有效回收吸附的油，最大回收量达到80％～90％。解决了吸油材料在实际运用中吸附量低，吸油选择性低和无法回收等技术难题。

技术领域

本发明属于无机材料制备和溶胶凝胶法技术领域，具体涉及一种以细菌纤维素复合气凝胶制备多级孔结构超弹高吸附容量吸油材料的方法。

背景技术

随着当今世界经济的快速发展，人们对石油的需求量日益增加。而在石油运输和开采过程中溢油事故频繁发生，对海洋生态环境造成了极大的破坏，严重威胁到周围生态环境和人类健康，因此有效解决油污污染问题已成为当今一项迫切而艰巨的任务。目前，处理油污的方法主要有以下几种：1.直接燃烧法；2.物理机械法，如布放围油栏和撇油器；3.化学处理法，如添加凝油剂或分散剂来改变油污的理化性质；4.生物修复法，即采用某些微生物对油污进行分解；5.使用高吸附材料对油污进行吸附。综合上述几种处理方法，第5种方法因其简单有效和绿色环保受到广泛的关注。

目前，关于用于油污吸附的材料研究很多，主要分以下几类：(1)多孔无机矿物类，如黏土、二氧化硅、珍珠岩、粉煤灰等。这类材料原料来源广泛，但吸油量低，持油能力差，再生利用困难；(2)合成高分子类，如聚氨酯、聚苯乙烯发泡材料以及聚丙烯无纺布等。这些材料吸油效果虽然较好、重复使用性佳，但是生物降解性差；(3)天然植物纤维类，如棉纤维、木棉纤维、稻草等。这些材料来源广泛、成本低廉、可生物降解、环境友好，但吸油量较低，回收再利用性差；(4)纳米碳基材料类，如碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维等。这些纳米碳基材料比表面积大，吸油性能好，但制备工艺复杂、成本高。因此，对于吸附材料的选择，不仅需要优异的吸油效果，同时能循坏重复使用，这对减少不可降解材料的使用、缓解能源危机以及保护生态环境方面，具有重要的研究意义.

气凝胶是由三维纳米颗粒构成的具有低密度、高孔隙率和比表面积的多孔材料，是一种具有极大潜力的吸油材料。公开号CN201410346082.5的专利中公开一种疏水性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶及其制备方法和吸油应用，将硅源前驱体加入壳聚糖溶液中，逐步发生水解、缩合聚合反应，形成粘稠的复合溶胶，干燥除去凝胶中的溶剂得到壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶，采用气相沉积法对其进行疏水改性，所制备的复合气凝胶不仅具有低密度、高孔隙率，且具有良好的疏水、亲油性，具有高效吸油能力，然而制备的复合材料中壳聚糖的分散不易控制，样品均匀性有待提高，同时二次疏水改性采用气相沉积法工艺不好控制，成本较高。公开号CN104017236A的专利中公开一种有机-无机杂化超疏水改性细菌纤维素气凝胶吸油材料的制备方法。该发明制备的吸油材料具有良好的选择性吸油性能，可以方便地用于油水分离或吸收水中泄漏的溢油，对水体没有污染，是一种具有极大应用潜力的新型吸油材料。目前以气凝胶制备吸油材料的研究都具备优异的吸油性能，但是未能解决气凝胶在吸油过程中结构坍塌和对油回收等问题。

刘宏治等人在杂志《高分子学报》中提到纤维素气凝胶因其高强度的纤维骨架和多孔结构，是一种优异的吸油材料。但纤维素基气凝胶的吸油效果限制于其表面的亲水性和较低的孔隙率。目前用于吸油的纤维素气凝胶需经过表面疏水处理才能达到一定的吸油效果。

发明内容