[发明专利]一种疏水/亲油型生物质气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种疏水/亲油型生物质气凝胶及其制备方法和应用。本发明制备出疏水/亲油型生物质气凝胶。本发明所制备的生物质气凝胶具有低的密度(0.04～0.05g/cm³)、优异的疏水性(水滴接触角﹥145°)和吸油性能(吸附容量高达31.35g/g)。相比传统无机、有机及其复合气凝胶，本发明以生物质(木片、竹片、蔗渣、秸秆等)为原料，经机械盘磨、与烷基烯酮二聚体乳液混合、冷冻干燥和热交联制得疏水/亲油型生物质气凝胶，该制备方法简单，所得气凝胶具有低的密度和良好的吸油性能，在油类污染物处理方面显示出巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及生物质气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种疏水/亲油型生物质气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

全球每年产生数十亿吨油类污染物，频繁发生的溢漏事故对人类、野生动物、土壤、河流及海洋的生态环境和地方经济造成严重而持久的危害，因此处理油类污染物具有重大的现实意义。目前常见的油类清除方法主要包括物理法、化学法及生物法。其中化学法清理溢油易产生二次污染，而生物法价格昂贵、处理周期长且处理效果不稳定。物理吸附法处理工艺简单，但目前常用石油基吸附材料本身具有一定的污染性、吸附效率低且二次处理不便。如聚丙烯基吸附剂，其吸附能力虽然可达自身绝干量的15倍左右，但其重复性较差且难以降解。

气凝胶(aerogel)是一种具有高通透性和三维网络结构的轻质多孔材料。它具有比表面积大、孔隙率高、吸附能力强、密度低等特点，有望被应用于油类污染物的吸附。然而，以二氧化硅(SiO₂)气凝胶为代表的无机气凝胶由于高度松脆性和吸湿性，吸油性能差，且在海洋油类污染物的清除上受限；而有机气凝胶成本高昂，制备过程复杂且易产生有害物质。因此，本领域急需一种环境友好、易降解及制作工艺简单的疏水/亲油型气凝胶用于油类污染物的清除。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种疏水/亲油型生物质气凝胶，本发明以生物质纤维为原料，采用烷基烯酮二聚体(AKD)对其疏水改性，制备方法简单，所得气凝胶具有低的密度和良好的吸油性能，在油类污染物处理方面显示出巨大的应用前景。

本发明的目的是提供一种疏水/亲油型生物质气凝胶；

本发明的另一目的是提供上述疏水/亲油型生物质气凝胶的制备方法；

本发明的再一目的是提供上述疏水/亲油型生物质气凝胶的应用。

本发明的目的，通过以下技术方案予以实现：

一种疏水/亲油型生物质气凝胶，采用烷基烯酮二聚体对微/纳米结构的生物质纤维进行疏水改性得到。

所述疏水/亲油型生物质气凝胶的制备方法，是将微/纳米结构的生物质纤维悬浮液与烷基烯酮二聚体乳液进行混合、冷冻干燥和热交联。具体包括以下步骤：

S1.配制质量分数为1～5wt％的微/纳米结构的生物质纤维悬浮液；

S2.向步骤S1制得的微/纳米结构的生物质纤维悬浮液中添加固含量为10～20wt％的烷基烯酮二聚体乳液，并于室温下搅拌15～60min；所述烷基烯酮二聚体乳液的添加质量为微/纳米结构的生物质纤维绝干量的5～50wt％；

S3.将步骤S2制得的混合溶液于冷冻干燥机中冷冻干燥36～60h；

S4.将步骤S3冷冻干燥后的样品于100～140℃下热交联90～150min，即得所述疏水/亲油型生物质气凝胶。

优选地，所述微/纳米结构的生物质纤维的直径范围为0.1～2.0μm，所述微/纳米结构的生物质纤维是采用生物质原料(木片、竹片、蔗渣、秸秆等)经机械盘磨得到。经机械机械盘磨得到的直径范围为0.1～2.0μm的微/纳米结构的生物质纤维暴露出更多的羟基以及产生更大的比表面积，有助于提高纤维间的氢键结合、与烷基烯酮二聚体的反应程度以及最终所得气凝胶的吸附容量。