高弹木材海绵的制备及其油水分离性能研究

摘要

随着生产生活中含油污水的大量排放以及海上原油泄漏事故的频发，水中油污染己成为危害人类健康和环境安全的重大问题。如何实现高效的油水分离已成为亟待解决的难题。具有特殊表面润湿性(疏水/亲油)的多孔吸附材料具有效率高、操作方便等优点，已成为油水分离领域的研究热点。纤维素气凝胶兼具比表面积大、孔隙率高、生物降解性好等优点，是一种绿色环保型吸油材料。然而，“自下而上”制备的纳米纤维素气凝胶工艺繁琐，成本较高，同时力学性能较羞。本研究以轻木为原料，采取“自上而下”的策略，结合化学处理和冷冻干燥技术制备得到了低密度、高孔隙度且具有“波浪形”层状结构的纤维素骨架材料——木材海绵。木材海绵经过疏水处理可以作为一种性能良好、可重复使用的吸油材料。主要研究结果如下:　　(1)通过两步化学处理有序剥离了术材细胞壁组分中的木质素和半纤维素，保留纤维素骨架，随后经过冷冻干燥制备得到了木材海绵;木材海绵遗传了木材的各向异性，具有“波浪形”层状结构，且层状结构的壁层是由沿纵向平行排列的纤维素纤丝组成;由于无定形物质的脱除，木材海绵产生了大量纳米孔隙，因此具有低密度(～30mg/cm3)和高孔隙度(～98％)特征。　　(2)木材海绵具有压缩弹性，其压缩率可达60％并且能够完全回弹;木材海绵的压缩抗疲劳性能较好，经过100次的循环压缩试验(压缩率为40％)，木材海绵的回弹率仍然保持在90％以上;此外，木材海绵的力学性能具有各向异性，仅在垂直于层状方向(弦向)具有弹性;木材海绵的高弹性能归因于“波浪形”层状结构压缩时各层间的协同作用。　　(3)选用甲基三甲氧基硅烷为改性剂，采用化学气相沉积对木材海绵进行疏水化处理。硅烷化处理后，木材海绵的表面负载了一层均匀的聚硅氧烷涂层，并保留了其原始孔隙;硅烷化木材海绵表现出疏水亲油性能(水滴接触角达到150°)，对各类油及有机溶剂均有良好的吸附性能，吸油量为16-41g/g:硅炕化水材海绵吸油后可以通过机械挤压的方式排油并日.在循环吸油-排油试验中，其吸油量基本保持不变，表明硅烷化木材海绵具有很好的回收性能和重复使用性能;根据其液体传输的各向异性，以硅烷化木材海绵为过滤膜设计了连续吸油装置，实现水面浮油的连续、自动化收集。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2油水分离简介

1．2．1含油废水的来源及危害

1．2．2含油废水的分类

1．2．3含油废水常用的分离技术

1．3纤维素气凝胶油水分离材料

1．3．1纳米纤维素

1．3．2纤维素气凝胶的制备

1．3．3纤维素气凝胶的疏水改性及吸油量

1．3．4纤维素气凝胶的重复使用性能

1．3．5存在的问题

1．4木材基油水分离材料

1．4．1木材的微观结构

1．4．2木材基油水分离材料

1．5研究的目的与意义

1．6研究内容

第二章木材海绵的制备及其形貌结构表征

2．1引言

2．2材料与方法

2．2．1材料及仪器

2．2．2木材海绵的制备

2．2．3形貌与结构表征

2．3结果讨论

2．4本章小结

3．1引言

3．2材料与方法

3．2．1材料及仪器

3．2．2力学性能测试

3．3结果讨论

3．4本章小结

第四章木材海绵的疏水改性及油水分离应用

4．1引言

4．2材料与方法

4．2．1材料

4．2．2木材海绵硅烷化处理

4．2．3木材海绵的吸油性能表征

4．3结果讨论

4．3．1木材海绵硅烷化处理

4．3．2吸油性能

4．3总结

5．1结论

5．2展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢