一种生物基凝油材料的制备方法及应用

摘要

本发明涉及一种生物基凝油材料的制备方法及应用。该方法以麦麸为基材，在其表面沉积采用化学改性的无机纳米颗粒，并利用自由基聚合的方法在麦麸表面接枝多孔聚合物，得到具有高吸油倍率的新型凝油材料。通过本发明所述方法获得的生物基凝油材料具有密度低、吸油倍率高、凝油速度快、凝油块易从水中分离等优点，是一种新型高效的油‑水分离材料，在溢油和化学品处理等领域具有较高的实用价值和市场前景。

说明书

技术领域

本发明涉及油水分离领域和水面油类污染物处理领域，特别涉及一种用于水面溢油处理的生物基凝油材料的制备方法及应用。

背景技术

随着现代工业的发展，人们对石油类产品的需求逐年提高。伴随着频繁的石油开采以及石化产品运输，水面溢油、漏油事故频频发生，给水体环境造成了巨大的危害，如墨西哥湾石油泄露事故就造成了严重的生态灾难。因此，处理水上溢油是一项意义重大的课题。

凝油材料是一种可使处于流动态的溢油凝结成固态或半固态块状的化学处理剂。将凝油材料应用于溢油处理可快速将水面上的油污凝聚在一起，有效防止油膜扩散，并且使溢油变得易于用机械装置打捞回收。近年来国内外开发了大量的凝油材料，如日本专利57195174公开了一种以油醇和N-甲基吡咯烷酮混合液为溶剂的液体凝油材料，其主要成分是二苄叉山梨糖醇，当液体用量为溢油的20％时,油凝胶抗压强度为75000Pa；欧洲专利0023084公开了一种对轻质油、重油及奶油冻均有胶化作用的凝油材料，该材料包括液体聚合物(或高聚物的溶液)和交联剂，材料适用于河流、沙滩、土壤和海上溢油的处理，并可用于堵塞溢油。中国专利104262532公开了一种含甲基丙烯酸、羟基化甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、油溶性引发剂、强碱和强酸盐混合而成的凝油材料。上述凝油材料或多为液体，不利于储存和运输；或产品比表面积小，吸油倍率不高；或凝油材料本身是通过化学原料经过复杂的化学合成而制得，成本较高且容易对环境造成二次污染。这些不足限制了凝油材料产品的规模化生产和实际应用。

另外，当今世界各国都在大力推行可持续发展战略，因此废弃物的循环利用显得尤为重要。小麦作为世界三大农作物之一，其加工过程中会产生大量麦麸。虽然部分麦麸可用作饲料，但还有很大一部分麦麸没有得到充分利用。因此开发基于麦麸的高附加值产品，不仅符合国家发展战略，还可以产生较高的经济价值。

本发明提出了一种高效生物基凝油材料的制备方法及应用，该方法以价格低廉、来源广泛的粮食副产物麦麸为基材，在其表面沉积化学改性的无机纳米颗粒，并利用自由基聚合的方法在麦麸表面接枝多孔聚合物制备新型凝油材料，材料具有密度低、吸油倍率高、凝油速度快、凝油块易从水中分离等优点，克服了传统凝油材料凝油速度慢、吸油倍率低、成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有凝油材料凝油效率低、制备过程复杂、难以实现规模化生产以及容易对环境造成二次污染等问题，提供一种成本低廉、制备过程简单，且环境友好的生物基凝油材料的制备方法及应用。该方法以麦麸为基材，在其表面沉积经化学改性的无机纳米颗粒，并利用自由基聚合的方法在麦麸表面接枝多孔聚合物，得到具有高吸油倍率的新型凝油材料。通过本发明所述方法获得的生物基凝油材料具有较高的吸油倍率，且容易大规模化生产，具有较高的应用价值和市场前景。

本发明所述的一种生物基水面凝油材料的制备方法，按下列步骤进行：

a、将麦麸置于浓度为1-5mg/mL的氢氧化钠或氢氧化钾溶液中处理1-5小时，得到预处理麦麸；

b、将0.1-0.5wt％的无机纳米颗粒加入到含有4-8wt％硅烷偶联剂的碱性乙醇混合溶液中超声1-4小时，得到预制混合液，其中无机纳米颗粒为纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌或纳米碳酸钙；硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；

c、将步骤a中所得预处理麦麸加入步骤b中所得预制混合液中，搅拌均匀，然后倒入容器中并密封后放入烘箱中加热，温度为80-120℃，保温时间为1-4小时，得到硅烷偶联剂修饰的麦麸；

d、将步骤c中所得硅烷偶联剂修饰的麦麸加入含有0.05-0.2g/mL的乙烯基单体、0.05-0.4wt％油溶性引发剂的乙酸乙酯混合溶液中，其中乙烯基单体为苯乙烯或二乙烯基苯，油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化苯甲酰，搅拌均匀，然后转移至密闭容器中，在温度80-140℃下反应12-48小时，待溶剂挥发后即得到生物基凝油材料。

所述方法获得的生物基水面凝油材料在水面溢油和泄漏化学品的回收中的用途。

通过本发明所述方法获得的生物基水面溢油凝油材料具有疏水亲油的性质，在空气中与水的接触角大于140°。

本发明相比现有凝油材料，具有以下优点：

本发明所述的一种生物基凝油材料的制备方法及应用，采用在硅烷偶联剂修饰的麦麸表面接枝聚合多孔聚合物，作为制备凝油材料的方法。该方法合成线路简单，且原材料来源丰富、价格低廉，有望实现生物基凝油材料的大规模生产。通过本发明所述方法获得的生物基凝油材料具有密度低、吸油倍率高、凝油速度快，环境友好等优点，是一种新型、高效的油-水分离材料，在有机化学溶剂处理、水面溢油回收等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的图片，其中a为生物基凝油材料的光学图片；b为本发明水滴在凝油材料表面的接触角图片；

图2为本发明生物基凝油材料对水中浮油的凝油效果以及油水分离过程图片。

具体实施方式

本实施例是在本发明所述的技术方案前提下进行的，给出了详实的并经过优化的实施方式和操作步骤。

实施例1

a、将麦麸置于浓度为1mg/mL的NaOH溶液中处理5小时，得到预处理麦麸；

b、将0.1wt％的纳米二氧化硅加入到含有4wt％乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂的碱性乙醇混合溶液中超声1小时，得到预制混合液；

c、将步骤a中所得预处理麦麸加入步骤b中所得预制混合液中，搅拌均匀，然后倒入容器中并密封之后放入烘箱中加热，温度为80℃，保温时间为4小时，得到硅烷偶联剂修饰的麦麸；

d、将步骤c中所得硅烷偶联剂修饰的麦麸加入含有0.05g/mL的苯乙烯单体，0.05wt％偶氮二异丁腈的乙酸乙酯混合溶液中，搅拌均匀，然后转移至密闭容器中，在温度80℃下反应48小时，待溶剂挥发后即得到生物基凝油材料。

将所得生物基凝油材料加入辛烷和原油中，辛烷和原油的粘度迅速增加，具体结果如表1：

表1添加不同比例生物基凝油材料的辛烷以及原油的粘度

实施例2

a、将麦麸置于浓度为2mg/mL的KOH溶液中处理4小时，得到预处理麦麸；

b、将0.2wt％的纳米二氧化钛加入到含有5wt％乙烯基三氯硅烷偶联剂的碱性乙醇混合溶液中超声2小时，得到预制混合液；

c、将步骤a中所得预处理麦麸加入步骤b中所得预制混合液中，搅拌均匀，然后倒入容器中并密封之后放入烘箱中加热，温度为90℃，保温时间为3小时，得到硅烷偶联剂修饰的麦麸；

d、将步骤c中所得硅烷偶联剂修饰的麦麸加入含有0.1mg/mL的二乙烯基苯，0.1wt％偶氮二异丁腈的乙酸乙酯混合溶液中，搅拌均匀，然后转移至密闭容器中，在温度100℃下反应36小时，待溶剂挥发后即可得到生物基凝油材料。

将所得生物基凝油材料加入辛烷和原油中，辛烷和原油的粘度迅速增加，具体结果如表2：

表2添加不同比例生物基凝油材料的辛烷以及原油的粘度

实施例3

a、将麦麸置于浓度为3mg/mL NaOH溶液中处理3小时，得到预处理麦麸；

b、将0.3wt％的纳米氧化锌加入到含有6wt％乙烯基三叔丁氧基硅烷偶联剂的碱性乙醇混合溶液中超声3小时，得到预制混合液；

c、将步骤a中所得预处理麦麸加入步骤b中所得的预制混合液中，搅拌均匀，然后倒入容器中并密封之后放入烘箱中加热，温度为100℃，保温时间为2小时，得到硅烷偶联剂修饰的麦麸；

d、将步骤b中所得硅烷偶联剂修饰的麦麸加入含有0.13mg/mL的苯乙烯单体，0.3wt％偶氮二异庚腈的乙酸乙酯混合溶液中，搅拌均匀，然后转移至密闭容器中，在温度120℃下反应24小时，待溶剂挥发后即可得到生物基凝油材料。

将所得生物基凝油材料加入辛烷和原油中，辛烷和原油的粘度迅速增加，具体结果如表3：

表3添加不同比例生物基凝油材料的辛烷以及原油的粘度

实施例4

a、将麦麸置于浓度为5mg/mL KOH溶液中处理1小时，得到预处理麦麸；

b、将0.5wt％的纳米碳酸钙加入到含有8wt％乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂的碱性乙醇混合溶液中超声4小时，得到预制混合液；

c、将步骤a中所得预处理麦麸加入步骤b中所得预制混合液中，搅拌均匀，然后倒入容器中并密封之后放入烘箱中加热，温度为120℃，保温时间为1小时，得到硅烷偶联剂修饰的麦麸；

d、将步骤c中所得硅烷偶联剂修饰的麦麸加入含有0.2mg/mL的二乙烯基苯，0.4wt％的过氧化苯甲酰的乙酸乙酯混合溶液中，搅拌均匀，然后转移至密闭容器中，在温度140℃下反应12小时，待溶剂挥发后即可得到生物基凝油材料。

将所得生物基凝油材料加入辛烷和原油中，辛烷和原油的粘度迅速增加，具体结果如表4：

表4添加不同比例生物基凝油材料的辛烷以及原油的粘度

本发明采用在生物废弃物-麦麸表面引入亲油疏水的多孔聚合物的作为凝油材料的制备方法。这种方法合成路线简单、原材料易得，且制备的生物基凝油材料吸油倍率高、凝油速度快，能简单高效的回收处理水面溢油以及泄漏的有机化学溶剂。