[发明专利]一种超疏水纤维碳气凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明属环境功能材料制备技术领域，具体涉及一种超疏水生物纤维碳气凝胶的制备方法；具体步骤如下：选取生物纤维依次用乙醇和水清洗，超声处理去除杂质，干燥；将干燥后的生物纤维和次氯酸钠加入去离子水中，滴加醋酸进行pH调节；水浴加热，搅拌，用去离子水洗涤至中性，再用乙醇过滤，分散在乙醇中进行均质处理，然后进行干燥，在N₂气氛下进行高温碳化，得到超疏水纤维碳气凝胶；本发明制备的超疏水纤维碳气凝胶可以分离乳化润滑油水，流程较短、操作易控，节约资源、无二次污染，符合绿色化学概念，适于广泛推广使用。

技术领域

本发明属环境功能材料制备技术领域，具体涉及一种超疏水生物纤维碳气凝胶的制备方法。

背景技术

润滑油作为机械设备的“血液”，不仅能减少零部件磨损，还能提高机器运行效率等。但润滑油在使用过程中容易与水接触，形成油包水乳液。据统计，中国是世界上最大的润滑油消费国，乳化润滑油的直接排放导致了大量的经济损失和严重的环境污染。如何高效地分离乳化的润滑油水混合物已经成为了人们关注的焦点。然而，许多传统的分离技术包括沉降，离心，过滤和蒸馏过程极易带来二次污染，能耗过高且费用昂贵。而且它们难以分离不同粘度的乳化润滑油水混合物。因此，开发一种超润湿材料来实现乳化润滑油水的分离与回收是非常有实际意义的。

碳气凝胶材料由于其较低的密度，高孔隙率和表面疏水性能等性能在许多领域引起了人们的关注特别是在油吸附研究领域。迄今为止，合成碳气凝胶方面一般选用碳材料，聚合物和生物质的原材料。考虑到昂贵或有毒的前体以及复杂的工艺，碳气凝胶的性价比不能与生物质为基础的碳气凝胶竞争。这些原材料选择无害，高度丰富且易于获取，因此开发出经济实用的碳气凝胶，以解决现有技术中润滑油的实际使用问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在解决所述问题之一；本发明以法国梧桐纤维为原材料，结合酸化，高温碳化等方法制备了一种超疏水生物纤维碳气凝胶。该气凝胶具有良好地吸附水中油性与有机溶剂污染物，对不同粘度的润滑油具有较高的吸附能力；而且，它能高效地分离不同粘度的乳化油水混合物。不但解决了污染物带来的环境问题，还降低原材料的生产成本，更解决了机械操作过程中带来的乳化油水问题。

本发明提供了一种超疏水纤维碳气凝胶的制备方法，具体步骤如下：

(1)选取生物纤维依次用乙醇和水清洗，然后进行超声处理去除杂质，反复清洗，然后干燥；称取干燥后的生物纤维和次氯酸钠加入去离子水中，滴加醋酸进行pH调节；然后进行水浴加热，搅拌，用去离子水洗涤至中性，再用乙醇过滤，最后分散在乙醇中，得到纤维乙醇混合物；

(2)将步骤(1)得到的纤维乙醇混合物进行均质处理，然后进行干燥，得到白色纤维；最后，将白色纤维在N₂气氛下进行高温碳化，得到超疏水纤维碳气凝胶。

优选的，步骤(1)中所述生物纤维、次氯酸钠和去离子水的质量比为1～4:1：100～400。

优选的，步骤(1)中所述生物纤维为法国梧桐纤维或香蒲纤维中的一种。

优选的，步骤(1)中所述调节pH的值为4。

优选的，步骤(1)中所述水浴加热的温度为60～80℃，加热时间为0.5～2h。

优选的，步骤(1)中所述搅拌的速度为600～1500rpm。

优选的，步骤(2)中所述干燥的温度60～80℃。

优选的，步骤(2)中所述碳化的加热速率为2.5～10℃/min，加热温度为600～1000℃，加热时间为0.5-2h。

本发明制备的超疏水纤维碳气凝胶用于以下性能测试，方法如下：

(1)定量吸附实验