秸秆改性制备吸油材料

发布时间：2017-10-04 02:07

  本文关键词：秸秆改性制备吸油材料

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【摘要】：面对日益枯竭的陆上油田,人们不得不加大深海油田的开发力度以维持石油的供需平衡。油类在开采、储运、精制过程中就更容易进入海洋及其他水体造成一系列的生态灾难及经济损失,因此开发适用于处理水面浮油的吸油材料具有重要的现实意义。本文选用农业废弃物秸秆为原料,通过预处理、改性及表面修饰制备了不同的处理水面浮油的吸油材料。用化学方法定量了材料处理前后及改性前后组分的变化,用BET、FT-IR、XRD、SEM表征了材料的孔道结构、化学结构结晶度及表面形貌的变化。具体如以下:原料秸秆清洗、烘干后粉碎,过筛,用重量法测吸油倍率,结果发现其吸油倍率与油品的粘度及密度有关。80目以上的小颗粒秸秆吸油效果较好,不仅吸油倍率高(100目以上的小粒径的秸秆在15℃时对机油的吸油倍率可以达到7.16 g·g-1)而且吸油后可以较长时间稳定的漂浮在平静水面上;20-60目的大颗粒秸秆吸油倍率较低(20-40目的秸秆在25℃时对0#柴油的吸油倍率仅1.18 g·g-1)且飘浮性较差;秸秆对油品的保油率也与秸秆颗粒的粒径相关,处于60-100目粒径范围的秸秆可以有较高的保油率,且秸秆对油品的保油率与油品的表面张力呈正相关;在有风浪的条件下,多数的原料秸秆会沉入水底失去吸油能力。因此原料秸秆可以用于处理平静水面的浮油,且粒径越小吸油倍率越高。将粒径小于40目的原料秸秆在室温下按一定的质量比用10%的氨水预处理,得到预处理活化的秸秆。用乙酸酐为酯化剂,冰乙酸为稀释剂,浓硫酸为催化剂对预处理活化的秸秆进行酯化反应,根据对0#柴油吸油倍率以及水面浮油的吸油实验和保油倍率的结果分析,酯化反应的优化反应条件为:反应温度为110℃,冰乙酸、乙酸酐混合液与秸秆的液固质量比为1:15,反应时间为5h,催化剂浓硫酸的用量为4.5%(以秸秆质量为基准)。此条件下所得产物对0#柴油的最大吸收倍率达到9.03 g·g-1,而原料秸秆对0#柴油的吸油倍率仅为1.90 g·g-1,预处理后的秸秆为4.61 g·g-1。通过BET、FT-IR、XRD、SEM等对预处理前后及酯化改性后的材料进行了表征,结果表明原料秸秆呈现多级孔的结构,预处理秸秆呈现微孔结构,酯化改性秸秆呈现介孔结构;FT-IR谱图中出现乙酰基特征峰、XRD分析发现酯化改性秸秆呈现出非晶态,表明秸秆发生了酯化反应;SEM分析发现酯化改性呈现出粗糙褶皱状的表面形貌,这种形貌结构有利于改性秸秆疏水性的提高。对预处理前后的秸秆用改进的Van-Soest方法测定了原料秸秆及预处理秸秆的组成成分,结果表明氨水预处理可有效去除小分子糖类、蛋白质等,并保留了纤维素、半纤维素。参考酯化纤维素取代度测定方法,测定了预处理前后及酯化改性后秸秆的当量酯基含量。通过氢氧化钠、加水球磨处理,再以冷冻干燥的工艺制备了海绵状秸秆材料,此材料呈现出微孔、介孔、大孔交织的三维结构。且材料为微细纤维素纤维,这种材料可以实现快速吸油,其对大豆油的吸油倍率可达到41.08g·g-1,XRD分析表明球磨可以降低秸秆的结晶度利于材料变成微细纤维素纤维。以秸秆为原料,通过比较温和的预处理及改性制备了可生物降解的吸油材料,不仅可以实现农林废弃物的充分利用,还具有很好的经济价值及生态意义,可以部分取代传统的化学合成类吸油材料。
【关键词】：吸油材料 秸秆 预处理 酯化改性 海绵状材料
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;X55;TQ914.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 文献综述12-24
• 前言12-13
• 1.1 水体溢油污染现状及危害13-15
• 1.1.1 水体溢油污染现状13-15
• 1.1.2 水体溢油污染危害15
• 1.2 水体溢油污染处理方法15-18
• 1.2.1 物理法15-16
• 1.2.2 化学法16-17
• 1.2.3 生物法17-18
• 1.3 新型吸油（除油）材料18-21
• 1.3.1 金属丝网基超疏水/超亲油材料18-19
• 1.3.2 织物（fabric）基超疏水/超亲油材料19-20
• 1.3.3 海绵、泡沫（foam）超疏水/超亲油材料20-21
• 1.4 秸秆改性用于水体溢油的处理21-23
• 1.4.1 酯化改性21-22
• 1.4.2 碳化及高温热解22
• 1.4.3 接枝共聚22-23
• 1.5 吸油材料的评价标准23-24
• 第二章 实验部分24-31
• 2.1 实验试剂及仪器24-25
• 2.2 秸秆预处理25-26
• 2.2.1 物理预处理25
• 2.2.2 化学预处理25-26
• 2.3 玉米秸秆酯化改性制备吸油材料26
• 2.4 秸秆基海绵状吸油材料的制备26-27
• 2.4.1 玉米秸秆的化学预处理及球磨26-27
• 2.4.2 海绵状吸油材料的制备27
• 2.5 表征与分析27-31
• 2.5.1 形貌表征（SEM）27
• 2.5.2. 傅里叶变换红外光谱仪27
• 2.5.3 物理吸附分析仪(BET)及XRD分析27-28
• 2.5.4 秸秆组分分析28
• 2.5.5 定量分析28
• 2.5.6 吸油倍率与保油率的测定28-29
• 2.5.7 海绵状材料吸油倍率及吸油速率的测定29-31
• 第三章 结果与讨论31-52
• 3.1 玉米秸秆预处理的结果与讨论31-39
• 3.1.1 原料秸秆的吸油倍率31-32
• 3.1.2 原料秸秆的堆密度及扫描电镜图32-35
• 3.1.3 原料秸秆的保油率及漂浮性能35-36
• 3.1.4 化学预处理前后秸秆组分的变化36-38
• 3.1.5 氨水处理前后秸秆的红外谱图38
• 3.1.6 本段小结38-39
• 3.2 玉米秸秆酯化改性的结果与讨论39-48
• 3.2.1 反应温度对酯化产物吸油性能的影响39-40
• 3.2.2 反应时间对改性秸秆吸油性能的影响40-41
• 3.2.3 固液质量比对改性秸秆吸油性能的影响41
• 3.2.4 冰乙酸与乙酸酐质量比对改性秸秆吸油性能的影响41-42
• 3.2.5 催化剂用量对改性秸秆吸油性能的影响42-43
• 3.2.6 酯化改性秸秆的漂浮性能43
• 3.2.7 RCS、PCS、ECS的XRD分析43-44
• 3.2.8 FT-IR表征44-45
• 3.2.9 SEM分析45-46
• 3.2.10 BET分析46-47
• 3.2.11 定量分析47-48
• 3.2.12 本段小结48
• 3.3 秸秆基海绵状吸油材料的制备的结果与讨论48-52
• 3.3.1 材料的吸油倍率及吸油速率48-49
• 3.3.2 材料的扫描电镜49-51
• 3.3.3 材料的XRD分析51
• 3.3.4 本段小结51-52
• 第四章 结论与展望52-54
• 4.1 结论52-53
• 4.2 展望53-54
• 参考文献54-59
• 致谢59-60
• 附录60

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本文编号：967988