一种疏水亲油的气凝胶材料及其制备方法和应用

本发明涉及环境污染治理，尤其涉及一种疏水亲油的气凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着城市工业化的快速发展，工业含油废水也逐年增多。工业含油废水的违规排放及溢油事故的发生会带来严重的油污染问题，对生态环境造成严重污染的同时，还造成了不可再生矿物油的巨大浪费。

2、传统的含油废水处理方法包括离心分离法、浮选法、生物修复和现场燃烧等。然而，这些传统的溢油清理方法存在效率低、二次环境污染、造价高、周期长和操作条件复杂等不足。而吸附法是一种具有简单、经济可行性高和有效油去除性能特点的方法，有望在含油废水的处理中得到广泛应用，可重复使用的疏水材料的研究已经成为油水分离和溢油清理领域的热点。

3、目前开发的一系列吸附材料中，有机合成吸附剂，如聚丙烯、聚苯乙烯等的吸油能力有限；无机矿物材料，如无机硅气凝胶、膨胀石墨等，生产成本过高。不仅如此，有机合成吸附剂及无机矿物材料都无法实现生物降解，容易产生新的废弃材料。因此，纳米纤维素材料作为一种价格低廉、环境友好、来源广泛的油/水分离材料，成为了研究热点。

4、羧基纤维素纳米纤维是一种典型的纳米纤维素材料，纳米纤维素链之间能够互相缠绕使其作为一种载体，具有比表面积高、富含-cooh的特点。但羧基纤维素纳米纤维存在高亲水性、力学性能差、对油吸附性能差等缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种疏水亲油的气凝胶材料及其制备方法和应用，得到一种具有疏水性且力学性能好的吸油材料，实现对不同油水混合物的高效回收与利用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种疏水亲油的气凝胶材料的制备方法，包含以下步骤：

4、1)将羧基纤维素纳米纤维悬浮液与壳聚糖混合，得到羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖混合悬浮液；

5、2)将所述羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖混合悬浮液与剥离钠基膨润土混合，顺次进行负载和冷冻干燥，得到羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖/膨润土气凝胶；

6、3)将所述羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖/膨润土气凝胶与硅烷改性液混合，进行改性，得到疏水亲油的气凝胶材料；

7、所述羧基纤维素纳米纤维悬浮液中的羧基纤维素纳米纤维与剥离钠基膨润土的质量比为3～5.33：1。

8、可选地，步骤1)所述羧基纤维素纳米纤维悬浮液中羧基纤维素纳米纤维的浓度为0.3～0.8wt％。

9、可选地，所述羧基纤维素纳米纤维悬浮液中的羧基纤维素纳米纤维与壳聚糖的质量比为0.12～0.32：0.1～0.2。

10、可选地，步骤1)所述混合的温度为60～70℃，时间为0.5～1h.

11、可选地，步骤2)所述负载的温度为60～70℃，负载的时间为3～4h；所述冷冻干燥的温度为-70℃，冷冻干燥的时间为24～48h。

12、可选地，步骤3)所述羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖/膨润土气凝胶与硅烷改性液的用量比为0.3～0.5g：50～100ml；所述硅烷改性液包含硅烷偶联剂和溶剂。

13、可选地，步骤3)所述硅烷改性液的体积浓度为0.5～1％；所述硅烷偶联剂包含三氯十八烷基硅烷，所述硅烷改性液包含的溶剂包含正己烷。

14、可选地，步骤3)所述改性的时间为1～2h，温度为15～25℃。

15、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制得的疏水亲油的气凝胶材料。

16、本发明还提供了上述技术方案所述疏水亲油的气凝胶材料在油水分离中的应用。

17、本发明以羧基纤维素纳米纤维为基体，使羧基纤维素纳米纤维与壳聚糖交联形成网络结构，得到羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖混合悬浮液，膨润土具有大量的层状结构和微孔隙结构，可以提供大量的吸附位点和吸附表面，具有很好的吸附性能；将膨润土加入羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖混合悬浮液中，使膨润土负载在气凝胶中得到负载膨润土的交联网络气凝胶材料。该材料经硅烷偶联剂修饰后，得到疏水亲油的羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖/膨润土气凝胶即为疏水亲油的气凝胶材料。

18、该制备方法简单，不需要多步改性操作，且不需要使用氟或含氯等有毒的疏水改性试剂，具有成本低廉、环境友好等优点，在处理含油废水中油品时不易产生二次污染；

19、本发明制得的气凝胶材料以羧基纤维素纳米纤维和壳聚糖为基底材料，构建出的交联网络具有三维多孔结构，提供了充足的油品吸附空间，具备良好的油品吸附性能；

20、本发明制得的疏水亲油的气凝胶材料可以连续快速、选择性地吸附无水中的有机溶解和废弃油品，疏水亲油性能良好，将该气凝胶材料用于工业含油废水污染的处理时具有优良的疏水性和持续的油品吸附能力以及良好的力学性能和循环利用性能，可实现对不同油水混合物的高效油/水分离与利用。

技术特征：

1.一种疏水亲油的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述羧基纤维素纳米纤维悬浮液中羧基纤维素纳米纤维的浓度为0.3～0.8wt％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述羧基纤维素纳米纤维悬浮液中的羧基纤维素纳米纤维与壳聚糖的质量比为0.12～0.32：0.1～0.2。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述混合的温度为60～70℃，时间为0.5～1h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述负载的温度为60～70℃，负载的时间为3～4h；所述冷冻干燥的温度为-70℃，冷冻干燥的时间为24-48h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖/膨润土气凝胶与硅烷改性液的用量比为0.3～0.5g：50～100ml；所述硅烷改性液包含硅烷偶联剂和溶剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述硅烷改性液的体积浓度为0.5～1％；所述硅烷偶联剂包含三氯十八烷基硅烷，所述溶剂包含正己烷。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述改性的时间为1～2h，温度为15～25℃。

9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的疏水亲油的气凝胶材料。

10.权利要求9所述疏水亲油的气凝胶材料在油水分离中的应用。

技术总结
本发明涉及环境污染治理技术领域，尤其涉及一种疏水亲油的气凝胶材料及其制备方法和应用。本发明通过简单的冷冻干燥‑常温浸渍法在羧基纤维素纳米纤维与壳聚糖的交联网络上引入剥离钠基膨润土得到羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖/膨润土气凝胶；再将羧基纤维素纳米纤维/壳聚糖/膨润土气凝胶与硅烷改性液混合进行改性得到疏水亲油的气凝胶材料。该制备方法具有简单、成本低廉、环境友好等优点，制得的材料在实际使用过程中不易产生二次污染，并且使用本发明提供的材料对含油废水进行处理时可实现对不同油水混合物的高效油/水分离与利用。

技术研发人员：张寒冰,刘坤,童张法,徐诗琪,胡雅,张菁玮,鄢经缘,黄柯睿
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9