天然有机纤维吸油材料的结构特点及其功能化改性技术的研究进展

天然有机纤维作为一种可再生生物质资源,具有可生物降解性,显示出一定的吸油能力,近年来作为吸油材料的研究备受关注。首先概述了有机吸油材料的研究发展动态和吸油机理,然后详述了天然有机纤维的结构特点,并归纳和评价了其功能化改性技术,指出以天然有机纤维为基质,通过疏水改性和构筑表面微观粗糙度获得超疏水亲油表面,同时构建适宜的多孔性结构并引入光降解等模式,可望获得兼具突出吸油性能和可控降解能力的生态环保吸油材料。最后,对蛋白纤维(尤其是胶原纤维)在吸油领域的应用潜力及存在问题进行了总结和展望。     

甲基丙烯酸丁酯接枝改性纤维素纤维的制备与吸附性能研究

以精梳落棉纤维为基材,甲基丙烯酸丁酯(BMA)为接枝单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,二乙烯基苯(DVB)为交联剂,采用非均相自由基接枝聚合法制备对柴油具有良好吸附功能和稳定持油性能的甲基丙烯酸丁酯接枝改性纤维素纤维。采用TEM、FT-IR、XRD对纤维形貌、结构及结晶度进行了表征,探讨了接枝工艺中单体、引发剂、交联剂用量及反应温度、时间等参数对接枝改性纤维素纤维吸油率的影响。结果表明,甲基丙烯酸丁酯接枝改性纤维素纤维的最佳合成条件为:精梳落棉∶甲基丙烯酸丁酯∶过硫酸钾∶二乙烯基苯(质量比)=1∶1.5∶0.025∶0.63,反应温度为75℃,时间为4h。所制备的改性纤维素纤维相比改性前纤维,结晶度增加,亲油拒水性加强,浸渍于柴油中时,饱和吸油率为15.63g/g,在油水混合条件下浮油浓度为0.13g/mL时,其对柴油的吸油率为11.63g/g,吸水率为1.34g/g,且具有良好的悬浮性能。     

PTFE表面改性及其对油污的吸/脱附性能

采用表面改性的方法对聚四氟乙烯纤维(PTFE)滤料进行亲水疏油改性,分别利用傅里叶红外光谱仪和全自动视频微观接触角测量仪对PTFE表面官能团和纤维亲水性进行测试。研究了改性及未改性PTFE纤维对油污的吸/脱附性能,结果表明油污浓度、时间、温度、pH值对吸/脱附性能有显著的影响。改性及未改性PTFE纤维的吸附量最大的吸附条件是:40℃、pH=3、油浓度为100mg/L时,最大吸附量分别为65.00、89.18mg/g。     

PS/TPU复合纳米纤维膜的制备及其除油性能研究

通过将具有良好弹性的TPU加入PS溶液中进行静电纺丝,成功制备出一系列不同比例的PS/TPU复合纳米纤维膜。润湿性测试结果表明:纤维膜具有疏水亲油性质。吸油性能表明:PS/TPU复合纳米纤维膜具有高吸油性能,且随着纳米纤维膜中TPU含量的增加,纳米纤维膜对机油、硅油、花生油的吸油量逐渐减小。同时,该复合纳米纤维膜具有良好的循环利用性能,因此该复合纳米纤维膜在处理油污污染方面具有很好的应用前景。     

静电纺PLA/PCL复合纳米纤维膜的制备及性能研究

为了减轻溢油事件给生态环境和人们生产生活带来的影响，以天然可降解聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)为材料，采用静电纺制备不同共混比的PLA/PCL复合纳米纤维膜用于疏水吸油。利用扫描电子显微镜观察纤维表面形貌，并测试不同共混比PLA/PCL纤维膜的直径、拉伸性能、水接触角、吸油倍率和保油率。研究结果表明，随着PCL添加量的增加，纤维直径减小，断裂强度减小，而纳米纤维膜的断裂伸长率则从原来的72.53%增加到了118.45%,具有良好的韧性；共混后的PLA/PCL纳米纤维膜的水接触角最高可达140.56°,相比纯PLA纳米纤维膜水接触角增加了2.66°,对机油、花生油和菜籽油的最大吸油倍率分别为47.10g/g、41.13g/g和37.93g/g,对机油的保油率最高可达76.16%,具有良好的疏水亲油性能。     

纳米纤维素修饰的碳纳米纤维制备及其疏水性研究

为拓展碳纳米纤维在环境清洁领域的应用，提高碳纳米纤维的水接触角，改善膜表面的疏水性能，获得疏水性较好的碳纳米纤维薄膜，利用静电纺丝法将纳米纤维素(CNFs)与碳纳米纤维前驱体复合，获得具有低表面能和良好疏水性能的纳米碳纤维/纳米纤维素复合纤维膜。通过对纳米纤维素含量进行调控，经预氧化和碳化处理后得到一系列具有规则三维空间网络结构的复合纤维膜，并探究不同纳米纤维素含量对复合纤维膜疏水性能的影响。结果表明：纳米纤维素修饰复合纤维膜随着碳化程度的提高其表面能呈现逐渐降低的趋势，其对水的接触角也逐渐增大，疏水效果得到较大幅度提升。随着纳米纤维素含量继续增加，复合纤维膜的水接触角呈上升趋势，未添加前接触角为36.13°,当纳米纤维素添加质量为20%时，水接触角最大为132.14°,提高了366%。     

稻糠基磁性高吸油材料的仿生制备及性能研究

利用多巴胺的自聚合作用使Fe_3O_4纳米粒子固载于稻糠表面,进而采用十八胺进行样品表面疏水改性,制备得到稻糠基新型磁性疏水吸油材料。利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、磁滞回线和接触角测定等技术对制备的样品进行了表征。实验结果表明,多巴胺改性成功实现了Fe_3O_4纳米粒子在稻糠表面的固载,所制得的稻糠基吸油材料具有较好的磁性,其磁饱和强度达39.6emu/g,样品的接触角达135°,具有高疏水性。在对三氯甲烷等七种油性物质的吸油实验中发现,稻糠基新型磁性疏水吸油材料的最高吸油量可达自身质量的6.83倍,且样品的适用范围广、重复利用率高。     

芳纶纤维补强吸油膨胀丁苯橡胶的研究

以自制树脂改性丁苯橡胶制备吸油膨胀丁苯橡胶,采用芳纶纤维补强。分析了吸油膨胀丁苯橡胶的形貌、流变性能、力学性能和吸油性能,研究了芳纶纤维对吸油膨胀丁苯橡胶吸油前后的补强。结果表明:随着芳纶纤维用量增加,吸油膨胀丁苯橡胶的力学性能得到提高,吸油性能有降低的趋势;当纤维用量为4份条件下,对二甲苯、汽油的吸油率分别为211.50%、159.91%,保油率分别达到93.50%、86.70%;溶胀后拉伸强度为1.84MPa,断裂伸长率为63.18%,硬度达到38.00MPa,添加树脂和芳纶纤维保证了吸油膨胀丁苯橡胶不易受外力作用而破碎。     

蜡质超疏水涂层的制备及其防粘附应用

在棕榈蜡/乙酸乙酯悬浊液中超声分散疏水性纳米二氧化硅制备蜡质超疏水涂料,用浸渍提拉法在玻璃片表面制备超疏水涂层。单因素实验考察棕榈蜡在乙酸乙酯中的浓度、疏水性纳米二氧化硅的添加量和干燥方式对疏水性能的影响,分析不同因素情况下的接触角、滚动角和防粘附性能。结果表明棕榈蜡在乙酸乙酯中的浓度为4g/100mL,纳米二氧化硅添加量占棕榈蜡质量的1/2,室温中自然干燥,涂层疏水性效果最佳,此条件下制备的超疏水涂层的接触角为150.60°,滚动角为6°。该涂层适用于不同的基材(如玻璃片、PE膜、BOPP膜的铝塑复合膜)。通过对酸奶粘附性的试验,发现涂层在各种基材表面表现出良好的防粘附性能,酸奶可在其上自由滚动。用热封时间作为指标,测试施加涂层后的热封性能,结果表明,涂层的施加不影响铝塑复合膜等耐高温材料的热封性。     

稻糠基磁性高吸油材料的仿生制备及性能研究

利用多巴胺的自聚合作用使Fe3O4纳米粒子固载于稻糠表面,进而采用十八胺进行样品表面疏水改性,制备得到稻糠基新型磁性疏水吸油材料.利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、磁滞回线和接触角测定等技术对制备的样品进行了表征.实验结果表明,多巴胺改性成功实现了Fe3O4纳米粒子在稻糠表面的固载,所制得的稻糠基吸油材料具有较好的磁性,其磁饱和强度达39.6 emu/g,样品的接触角达135°,具有高疏水性.在对三氯甲烷等七种油性物质的吸油实验中发现,稻糠基新型磁性疏水吸油材料的最高吸油量可达自身质量的6.83倍,且样品的适用范围广、重复利用率高.     

疏水聚氨酯海绵吸油材料研究进展

采用吸油材料处理油水混合物是油水分离领域一种重要的方法,综述了疏水聚氨酯海绵作为吸油材料的最新研究成果。首先概括了聚氨酯海绵吸油过程和机理,以及聚氨酯海绵疏水改性的两种思路。然后全面介绍了通过简单浸涂、层层自组装、枝接改性、溶胶-凝胶、化学刻蚀等表面改性方法制备的疏水聚氨酯海绵,以及通过优化发泡底物和共混改性试剂直接合成的疏水聚氨酯海绵。最后总结了研究中存在的问题,主要是采用疏水聚氨酯海绵对处理乳化油的研究较少,且对乳化油的吸油机理的认识还很浅。     

疏水性KH550-TiO2@PDMS@PU海绵的简单制备及油水分离性能

在钢铁产品的生产流程中,不可避免地产生含油废水,若不加以处理,会对生态环境造成严重的破坏,进而威胁人类健康。以TiO₂纳米颗粒,3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主要化学试剂,通过简单的一步浸渍法,制备了一种疏水亲油的KH550-TiO₂@PDMS@PU改性海绵。低表面能PDMS层与KH550改性的TiO₂微米颗粒形成的粗糙结构,能显著提高海绵的疏水性能,接触角为(147.25±1.44)°。改性后的海绵经过胶粘、挤压、酸碱、超声等复杂条件下仍能保持稳定的疏水性和耐久性。改性海绵的吸油能力高达自身质量的20～25倍,可通过吸附-挤压循环的方式进行吸油。优秀的油水分离性能表明,KH550-TiO₂@PDMS@PU海绵具有无毒、易制备、稳定、疏水等优点,在钢铁行业具有广阔的应用前景。     

部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜的制备及油水分离性能研究

聚四氟乙烯(PTFE)是一种强疏水的氟碳材料,很难用相转化成膜。本文将PTFE粉体分散在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中得到PTFE悬浮液,首先用干湿相转化法制得PTFE/PVDF中空纤维膜胚;然后在氮气气氛下进行部分碳化,制得部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.用热重分析法、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜研究了PTFE/PVDF中空纤维膜胚的碳化工艺、膜碳化前后表面元素和微观结构变化情况;最后测试了膜的亲疏水变化和油水分离性能.结果表明：PTFE/PVDF中空纤维膜胚中的PVDF在360～450℃时发生C-H断裂,PTFE保持原结构,可以得到部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.经部分碳化工艺制得的中空纤维膜孔径减小,形成连续、完整的微孔结构.当PTFE含量为40%时,碳化后制得的膜接触角达到102°,疏水性提高;对10%的模拟含油废水的渗透通量达到30 L/(m²·h)(跨膜压差：0.1 MPa)、分离效率达到80%,呈现出较好的油水分离性能和商业应用价值.     

复合改性剂对纳米碳酸钙的表面改性

引入自制的复合改性剂通过碳化法制备改性纳米碳酸钙,考察了改性剂种类、配比、用量等参数对纳米碳酸钙改性效果的影响,利用活化度、吸油值、热重分析、红外光谱、透射电镜等测试技术对产物进行表征。优化后的改性条件为:复合改性剂是月桂酸与二辛/癸酸甘油酯聚氧乙烯醚的混合物(质量比为1∶1),用量为1.5%(占碳酸钙干基的质量分数)。制备出的活性纳米碳酸钙活化度为100%,吸油值为31.5,平均粒径为70nm,疏水性极强。     

静电纺PVDF/O-MMT膜对水面浮油吸附性能研究

采用静电纺丝法制备了添加不同比例[1%(wt,质量分数,下同),2%,3%]的有机改性蒙脱土(O-MMT)聚偏氟乙烯(PVDF)复合纳米纤维膜。利用扫描电子显微镜(SEM)研究O-MMT的添加比例对所制备的复合纳米纤维形貌结构的影响;借助傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析了PVDF及PVDF/O-MMT复合纳米纤维膜的化学结构;并应用DCAT21表面张力仪对比分析了PVDF及PVDF/O-MMT复合纳米纤维膜的吸油速率、单位面积吸油量。结果表明:加入O-MMT后,复合纳米纤维表面变得粗糙且珠节增加;复合纳米纤维膜的疏水性提高,并且纤维膜的单位面积吸油量和吸油速率提高。     

反应挤出-熔融纺丝法甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸丁酯共聚物纤维结构与性能

以含活泼叔氢原子的甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸丁酯共聚物(poly(BMA-co-BA))为基质聚合物,过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为反应单体,基于反应挤出机理,制备改性甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸丁酯共聚物熔体,同时采用熔融纺丝法制备纤维,在冷却固化过程中,将基于氢键和缠结作用的物理交联结构赋予纤维,使其具备吸油功能。研究纤维的吸油性能、耐油品溶解能力以及其它性能,并借助相关仪器对纤维的结构进行表征。结果表明,增加HEMA添加量或BA投料量均会提高所得纤维抵御油品溶解的能力,当基质聚合物相同时,在相同的吸油时间下,随HEMA添加量的增加,所得纤维的吸油量增大,BA投料量较高时所得纤维对三氯乙烯的最大吸油量可达7.1g/g,对四氯乙烯的最大吸油量可达8.0g/g     

碳纳米管改性海泡石多孔陶瓷及其高效油水分离性能研究

为了有效地从油/水混合液体中回收油, 本工作以纤维状海泡石为原料, 硝酸镍为催化剂前驱体, 聚乙烯粉体为造孔剂和碳源, 采用冷冻干燥结合催化裂解法制备了超疏水/超亲油碳纳米管(CNTs)改性海泡石多孔陶瓷, 研究了固含量和催化热解温度对改性多孔陶瓷形貌的影响, 并表征了其在pH=1的强酸、pH=14的强碱、373 K高温和77 K低温等极端环境中的表面润湿性能及水油分离性能。结果表明: 催化剂前驱体溶液浓度为0.5 mol/L、海泡石的固含量为15wt%、催化热解温度为973 K且保温时间为2 h时所制备的CNTs改性多孔陶瓷具有最好的超疏水/超亲油性能, 其对柴油、白油、植物油和真空泵油的最高吸附量分别是其自身质量的15.7、20.8、23和25倍; 其连续油水分离时油通量高达250 kg·s ^-1·m ^-2, 且在5 h内分离效率及选择性不发生明显降低。     

PAN预氧丝BCl3气氛中的碳化及其吸波性能的研究

PAN预氧丝在BCl₃气氛中进行碳化处理, 研究了处理温度与时间对纤维B元素含量的影响. 采用X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶红外分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)对碳化后纤维的形貌与结构进行表征, 并对其吸波性能进行分析. 结果表明: PAN预氧丝在BCl₃气氛下碳化后, 纤维表面生成了BCN包状附着物, 纤维中有B?N键的生成. 与氮气中碳化的碳纤维相比, 纤维的介电常数有所降低, 介电常数虚部降低得较快, 有利于改善纤维的吸波性能.     

棉短绒天然有机纤维吸油材料研究

以棉短绒为基材,实验11组不同体积密度样本的吸油倍率、吸水率等指标,发现随体积密度的增加,吸油倍率先增加后减小,重复使用性能变好。以吸油倍率15g/g、重复使用比率90%为参考值,最佳体积密度范围在0.5~0.9g/cm3之间。实验发现天然棉短绒吸水的弱点比较突出,吸水率受体积密度的影响,最小吸水率在43%左右。使用10#硅油表面疏水处理后,吸油倍率变化不明显,吸水率大幅下降。以吸水率10%为参考值,棉短绒纤维最佳疏水剂增重率范围在0.26~0.40g/dm~2之间。     

疏水磁性碳酸钙的制备及其除油特性EI北大核心CSCD

以硬脂酸为疏水改性剂,将其与Fe_(3)O_(4)纳米颗粒和市售CaCO_(3)共混,分别以不同的原料质量比,制备疏水磁性碳酸钙HMC-1和HMC-2,并将HMC-2负载在PU海绵上用以提高其实用性能。采用X射线粉末衍射仪、红外光谱仪、差示扫描量热仪、接触角/表界面张力测量仪对合成样品的物相、表面有机官能团、热稳定性及疏水性能进行系列表征分析。结果表明,HMC-2比HMC-1,具有更稳定的疏水性能,除油前后水接触角基本保持不变,约为150°,除油后该材料没有出现类似HMC-1的铁渗出现象。将HMC-2负载在PU海绵上后,改性PU海绵在3 s内可去除98%的油,重复吸油20次仍能达到95%以上的除油率,吸油倍率(吸附油质量/吸附剂质量)大于100。