隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展,大量油性廢水從人們的日常生活和工業(yè)中被排放出來,泄油事件也頻繁發(fā)生,已造成嚴(yán)重的環(huán)境問題,因此油水分離材料的研究受到越來越多的關(guān)注。纖維素具有很好的生物降解性、生物相容性和力學(xué)性能,將纖維素納米纖維、纖維素納米晶、微晶纖維素等不同形態(tài)的纖維素通過功能化修飾后可以制備出具有優(yōu)異水油分離效果的纖維素氣凝膠、水油分離膜或改性纖維素濾紙;而直接對木材或棉纖維進行脫木素處理也可以得到高吸油性的水油分離材料。纖維素基水油分離材料不僅疏水性好且吸油倍率高,還具有可循環(huán)使用以及無二次污染等諸多優(yōu)點。筆者介紹了近年來以天然生物質(zhì)中的纖維素為基材構(gòu)建各類水油分離材料的研究現(xiàn)狀,并對不同類型水油分離材料的吸油疏水特性進行闡述,還對制備工藝過程中存在的問題以及未來的研究發(fā)展方向進行了展望。以天然纖維素為基體材料制備綠色環(huán)保功能型水油分離材料對于可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義,而探索出更加綠色環(huán)保、制備工藝簡單、低成本,且加工剩余物對環(huán)境不會造成二次污染的制備方法,并提高纖維素基水油分離材料的機械性能和重復(fù)使用性等是今后研究的重點。 

【文章來源】：林業(yè)工程學(xué)報. 2020,5(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

以纖維素為原料構(gòu)建水油分離材料示意圖[20]

Li等[19]結(jié)合干法碎漿工藝與冷凍干燥方法制備出具有多孔結(jié)構(gòu)且比表面積大的纖維素氣凝膠，再利用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)進行改性，制備得到超疏水性纖維素氣凝膠(HCA)，其在靜態(tài)和動態(tài)吸附釋放條件下均表現(xiàn)出優(yōu)異的收集性能。劉志明等[20]以氫氧化鈉/尿素/水作為纖維素溶劑，采用液滴懸浮凝膠法、冷凍干燥和表面硅烷改性的方法得到疏水親油性纖維素氣凝膠球(HCAB)。Zhang等[21]將鹵胺化合物單體和三聚氰酰氯(CYCN)附著到纖維素水凝膠上制備得到超輕多孔纖維素氣凝膠，并利用氯丙基三乙氧基硅烷(CPT)對其進行改性，制得具有水油分離功能的纖維素氣凝膠，還可以有效地從水中去除十二烷泄漏，以及殺死金黃葡萄球菌和大腸桿菌。Jiang等[22]采用纖維素納米纖維(CNF)通過凍融法先制備得到纖維素水凝膠，再用丙酮進行溶劑交換，隨后與亞甲基二苯基二異氰酸酯(MDI)交聯(lián)，生產(chǎn)出具有很高壓縮性和高疏水性的纖維素氣凝膠，可通過簡單的過濾將油脂從水中完全分離出來。Li等[23]采用表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法，將聚甲基丙烯酸甲酯(PDMAEMA)聚合物接枝到CNF氣凝膠中，制備出表面潤濕性可控的CNF氣凝膠，對油水混合物具有非常好的分離效果(圖2)。PDMAEMA的多孔結(jié)構(gòu)和二氧化碳響應(yīng)性成為油水混合物分離過程的開關(guān)，且制備出的纖維素氣凝膠是可以循環(huán)利用的。Sun等[24]采用高碘酸鈉氧化法和連續(xù)亞硫酸鈉磺化法制備了納米纖維素氣凝膠，對各種油具有超疏油性，其水下油接觸角大于150°，顯示出較高的油水分離效率。Rafieian等[25]分別用0.6%,0.9%和1.2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CNF為分散體，通過冷凍干燥的方法制備出低密度、高孔隙率、超輕的納米纖維素氣凝膠，再用十六烷基三甲氧硅氧烷(HDT-MS)通過化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法對其改性，制得的氣凝膠可以有效吸附并去除不同類型油以及有機污染物。Gao等[26]以納米原纖化纖維素(NFC)為骨架基體，利用聚多巴胺(PDA)將NFC支架與十八烷基胺(ODA)固定，通過希夫堿反應(yīng)制備出具有水油分離效果的納米纖維素復(fù)合氣凝膠，其超低密度為6.04 mg/cm3，接觸角高達(dá)152.5°，并具有極好的浮力和優(yōu)異的油水分離選擇性。該復(fù)合氣凝膠還可吸收多種有機溶劑，最大吸收量可達(dá)176 g/g，可作為油和溶劑泄漏的吸附劑以及油水分離器。周麗潔等[27]以竹粉為原料制備納米纖維素基體材料，以聚乙烯醇(PVA)為增強相，在酸性環(huán)境下采用冷凍干燥法制得PVA/CNF復(fù)合氣凝膠，再采用三甲基氯硅烷(TMCS)對其進行疏水改性處理，制得疏水型r GO/PVA/CNF復(fù)合氣凝膠。制得的復(fù)合氣凝膠密度為6.78 mg/cm3，具有均勻的三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)疏水處理后氣凝膠與水的接觸角為138°左右，吸油倍率為78 g/g左右。尚倩倩等[28]以硫酸水解微晶纖維素制備得到的納米纖維素(CNC)為原料，利用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)在水相中對其進行硅烷化改性，通過冷凍干燥得到了硅烷化纖維素復(fù)合氣凝膠，其表面接觸角隨著MTMS添加量的增加而升高，最高達(dá)到153.7°，表現(xiàn)出優(yōu)異的超親油/超疏水性能，同時具有很好的循環(huán)使用性。

由此可見，用于油水分離的纖維素濾紙具有很高的分離效率和良好的可重復(fù)使用性能，應(yīng)用范圍廣泛、使用便捷，在油水分離領(lǐng)域具有巨大的潛力。然而目前需要考慮的就是材料的耐久性，包括耐磨性和耐腐蝕性的問題，以及如何構(gòu)建出只需重力驅(qū)動的乳化液處理濾紙，解決水油分離壓力能耗高等問題也是日后的主要研究方向。4 天然木材基水油分離材料


本文編號：3075468