聚合环氧大豆油改性纤维素吸油材料的制备与性能研究

发布时间：2017-10-08 19:35

  本文关键词：聚合环氧大豆油改性纤维素吸油材料的制备与性能研究

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【摘要】：植物纤维天然高分子吸油材料具有廉价和可生物降解等优点,然而它同时存在孔隙率低和在油水选择性差的缺点,这限制了它应用范围的拓展。采用石化产品改性的纤维素吸油材料的对环境不友好,填埋或焚烧处理会造成碳排放和二次污染等问题。本文通过环氧植物油脂对高孔隙率纤维素气凝胶进行疏水改性制备纤维素吸油材料。以1,4-丁二醇二缩水甘油醚(BDE)为交联剂,在氢氧化钠/尿素/水溶液中与纤维素发生交联反应,经纯化冷冻干燥制备纤维素气凝胶。纤维素与BDE在室温下即可反应并形成凝胶态。相比于原料纤维素,气凝胶表面氧碳原子比发生变化,从纤维素Ⅰ型转变为非晶态结构,并且呈现出连续的多孔网络结构。交联剂量与水凝胶质量分数影响气凝胶的结构,当脱水葡萄糖单元(AGU)与BDE摩尔比为1:3、水凝胶质量分数是1.5%时,气凝胶的密度为0.0162 g/cm3,对水吸收倍数分别为41 g/g。气凝胶是呈现出两亲性,不具有油水选择性;在水中重复使用能够保持吸收性能,而在弱极性溶剂中重复使用时吸收性能明显降低。使用环氧大豆油(ESO)对滤纸及纤维素膜进行疏水化改性。环氧大豆油在纤维素表面开环聚合,聚合ESO在滤纸表面形成纳米颗粒,改性滤纸的表面自由能降低至22.07 mJ·m-2,水接触角增至145.1°,浸入水中30 min拉伸强度无明显降低。采用旋涂法制备了表面粗糙度Ra为1.698 nm的超平纤维素膜,用以研究表面粗糙度的变化对疏水性能的影响。研究表明,随着改性过程中ESO量增加,改性膜表面粗糙度Ra增加,水滴与固体表面之间 空气垫‖的面积分数增加,从而水滴在其表面的接触角也增加,接触角最高为137.5°。以聚合ESO对气凝胶改性制备纤维素吸油材料。纤维素吸油材料浸泡在水中2 h几乎无增重,在机油-水体系中对机油的选择性可达到99.8%,并可以有效吸收原油、机油、泵油、液体石蜡、二氯甲烷、异丙醇和甲苯等油类或有机溶剂,对原油的吸收倍数可达到37 g/g。纤维素吸油材料吸收油类或有机溶剂后可以通过简单的挤压排除吸附物,循环利用30次后水滴接触角仍可达到129.4°,对原油的吸收能力为33 g/g,循环利用30次后吸收能力保持在原来的90%以上。本研究采用聚合环氧大豆油对纤维素改性制备了具有良好油水选择性的纤维素吸油材料,所得材料有望用于水体漏油的回收处理中。本研究可对纤维素吸油材料的制备及性能研究提供指导。
【关键词】：纤维素 交联 1 4-丁二醇二缩水甘油醚 环氧大豆油 纤维素吸油材料
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ424;O636.11
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究的意义11
• 1.2 国内外研究进展11-20
• 1.2.1 纤维素的简介11-14
• 1.2.1.1 纤维素的来源11-12
• 1.2.1.2 纤维素的结构与性质12-13
• 1.2.1.3 纤维素的溶剂体系13-14
• 1.2.2 纤维素多孔材料的研究进展14-16
• 1.2.2.1 溶解再生法制备的纤维素多孔材料14-15
• 1.2.2.2 化学交联法制备的纤维素多孔材料15-16
• 1.2.3 纤维素吸油材料的研究进展16-19
• 1.2.3.1 传统纤维素吸油材料16-17
• 1.2.3.2 石化产品改性纤维素制备的吸油材料17-18
• 1.2.3.3 脂肪酸及其衍生物改性纤维素制备的吸油材料18-19
• 1.2.4 环氧化植物油脂的应用19-20
• 1.3 课题的来源、研究内容和创新点20-22
• 1.3.1 课题的研究内容20-21
• 1.3.2 课题的创新点21-22
• 2 纤维素与 1,4-丁二醇二缩水甘油醚交联制备的气凝胶与性能研究22-40
• 2.1 前言22-23
• 2.2 实验部分23-25
• 2.2.1 实验试剂与仪器23
• 2.2.2 纤维素气凝胶的制备23-25
• 2.2.2.1 纤维素溶液的制备23
• 2.2.2.2 纤维素水凝胶的制备23
• 2.2.2.3 纤维素气凝胶的制备23-25
• 2.2.3 纤维素气凝胶表征及性能测试25
• 2.2.3.1 纤维素气凝胶的表征分析方法25
• 2.2.3.2 纤维素气凝胶的性能测试25
• 2.3 结果与讨论25-39
• 2.3.1 制备纤维素气凝胶的整体方案25-26
• 2.3.2 纤维素气凝胶的结构分析26-27
• 2.3.3 纤维素溶液和BDE/纤维素混合溶液的流变性能分析27-28
• 2.3.4 纤维素气凝胶的晶型分析28-29
• 2.3.5 纤维素气凝胶表面元素分析29-31
• 2.3.6 纤维素气凝胶的热稳定性分析31-32
• 2.3.7 纤维素气凝胶的网络形态32-34
• 2.3.8 纤维素气凝胶吸收能力及重复使用性34-39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 滤纸和纤维素膜接枝聚合环氧大豆油疏水材料的制备与性能研究40-56
• 3.1 前言40-41
• 3.2 实验部分41-43
• 3.2.1 实验试剂与仪器41
• 3.2.2 滤纸的疏水化改性41-42
• 3.2.3 纤维素膜的制备及疏水化改性42-43
• 3.2.3.1 云母片的预处理42
• 3.2.3.2 纤维素溶液的制备42
• 3.2.3.3 纤维素膜的制备42
• 3.2.3.4 纤维素膜的疏水化改性42-43
• 3.2.4 疏水化改性纤维素的表征及性能测试43
• 3.2.4.1 疏水化改性纤维素的表征分析方法43
• 3.2.4.2 疏水改性纤维素的性能测试43
• 3.3 结果与讨论43-55
• 3.3.1 纤维素与环氧大豆油（ESO）的反应机理43-44
• 3.3.2 疏水化改性滤纸的结构分析44-45
• 3.3.3 疏水化改性滤纸的热稳定性分析45
• 3.3.4 疏水化改性滤纸的表面元素分析45-47
• 3.3.5 纤维素样品的接触角、表面自由能和水合能47-49
• 3.3.6 疏水化改性滤纸的表面形态和接触角分析49-51
• 3.3.7 疏水化改性滤纸的拉伸测试51-52
• 3.3.8 疏水化改性纤维素膜的表面粗糙度分析52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 4 纤维素气凝胶接枝聚合环氧大豆油吸油材料的制备与性能研究56-70
• 4.1 前言56-57
• 4.2 实验部分57-59
• 4.2.1 实验试剂与仪器57
• 4.2.2 纤维素吸油材料的制备57-58
• 4.2.3 纤维素吸油材料的表征及性能测试58-59
• 4.2.3.1 纤维素吸油材料的表征分析方法58
• 4.2.3.2 纤维素吸油材料的性能测试58-59
• 4.3 结果与讨论59-68
• 4.3.1 纤维素吸油材料的结构分析59
• 4.3.2 纤维素吸油材料的晶型分析59
• 4.3.3 纤维素吸油材料的热稳定性分析59-60
• 4.3.4 纤维素吸油材料的玻璃化转变温度分析60-61
• 4.3.5 纤维素吸油材料的形态分析61-62
• 4.3.6 纤维素吸油材料的油选择性62-65
• 4.3.7 纤维素吸油材料的形状恢复性65-66
• 4.3.8 纤维素吸油材料的吸油能力66-68
• 4.4 本章小结68-70
• 结论70-72
• 参考文献72-78
• 致谢78-80
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录80-82

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本文编号：995909