溶胶凝胶法改性苎麻纤维制备吸油材料及其性能研究

摘要

石油污染是海洋污染的主要类型之一，溢油则成为石油进入海洋的主要方式。溢油事故发生时，大量原油被释放，不仅造成海洋生态环境和淡水生态环境的污染，而且溢油所释放的危险化学物质，对水生生物和人类都是有毒有害的，可能需要几十年的时间来去除。因此，如何有效地治理石油污染，修复生态环境，已成为人们关注的热点。
　　本论文以悬铃叶苎麻纤维为研究对象，采用溶胶凝胶法利用正硅酸乙酯对苎麻纤维进行表面粗糙结构构建，并以十八烷基三氯硅烷（OTS）为低表面能改性剂进行处理，从而制备具有较高疏水亲油性能的吸油材料。分别对改性前后的悬铃叶苎麻纤维材料进行相关实验测定，对其疏水亲油性能进行评价。
　　实验结果表明，材料粒径对其吸油效果有一定影响，其中粒径为20-40目的苎麻纤维材料的吸附效果最佳，以其为研究对象进行疏水改性。改性后悬铃叶苎麻纤维的快速吸水量和饱和吸水量分别降低了94.25％和94.26%，表现出了超强的疏水性；对原油、柴油、润滑油、豆油和花生油的最大吸油量分别达到15.0315±0.0189 g/g、6.1059±0.0154 g/g、12.4609±0.0347 g/g、9.1645±0.2100 g/g和8.6544±0.1000 g/g。改性前后悬铃叶苎麻纤维对柴油、润滑油、豆油、花生油和水的吸附速率基本在5min内达到稳定状态；对柴油、润滑油、豆油和花生油的保油率均在30min内达到稳定，并且改性后苎麻纤维的保油率分别为84.08%、67.97%、70.15%和67.05%，提高约1.01倍、1.21倍、1.19倍和1.23倍。
　　由材料表征结果可知，改性后悬铃叶苎麻纤维中的亲水基团减少，并且出现了疏水基团 Si-O-Si；苎麻纤维表面出现了颗粒状物质，在纤维表面构建了粗糙结构；改性后悬铃叶苎麻纤维的结晶度降低，非结晶区出现的比例增加，材料的多孔状结构更加明显；改性后苎麻纤维含水率变小，主热解温度变大，热解速率变小，苎麻纤维中小分子侧链含量减小。证明实验成功在苎麻纤维表面覆盖 SiO2纳米粒子，从而使其具有较好的疏水亲油性能。
　　改性前悬铃叶苎麻纤维对水的接触角几乎为0°，改性后悬铃叶苎麻纤维对水的接触角为113°±1°，最大为116°±1°，表现出较强的疏水性。改性后悬铃叶苎麻纤维对润滑油原油、豆油的接触角分别为33°±1°、20°±1°、29°±1°。根据动态接触角模型计算改性后苎麻纤维对水、润滑油、原油和豆油的k0值分别为-0.08、0.24、0.14和0.23，说明其对润滑油的润湿性最后。利用最小二乘法线性拟合计算出改性后苎麻纤维的临界表面张力值为19.30-86.86 mN·m-1。

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第一章 绪论

1.1海上溢油的现状

1.2海上溢油应急处理的方法与现状

1.3天然有机吸油材料研究现状

1.4疏水改性方法

1.5界面接触角

1.6本文的研究目的、意义及研究内容

第二章 实验材料与方法

2.1实验材料与仪器

2.2实验方法

2.3吸附性能测定

2.4材料表征

第三章 改性悬铃叶苎麻纤维疏水亲油性能研究

3.1前言

3.2粒径对苎麻纤维吸油量的影响

3.3溶胶凝胶法改性苎麻纤维的疏水性研究

3.4悬铃叶苎麻纤维吸油性能测定

3.5本章小结

第四章 材料表征

4.1红外光谱分析

4.2SEM分析

4.3XRD分析

4.4热重分析

4.5本章小结

第五章 接触角分析

5.1接触角数据处理方法

5.2接触角数据回归分析

5.3临界表面张力值的确定

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢