可控润湿性纤维基固态泡沫的制备及吸油性能研究

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原油泄漏和工业排放给生态环境造成了严重的污染,其中吸附法因成本低廉、操作简单等优点在油水处理中得到了广泛的应用。在众多吸油材料当中,以纤维素为基材得到的纤维基固态泡沫因其独特的多孔网络结构、优异的持液性能和可生物降解等优点备受关注。然而,由于选择吸附性和循环使用性较差,使其应用领域受到限制。而具有“开关”润湿性能的纤维基固态泡沫有效的解决了上述弊端,在吸附油品的同时,还能实现智能化脱附,大大提高了其循环性能,成为了研究领域内的一大热点。本论文以蔗渣纤维(BF)为原料,采用泡沫成形法制备了纤维基稳定湿态泡沫,在此基础上通过冷冻干燥法制备出了轻质多孔且坚固的具有三维网络结构的纤维基固态泡沫,并通过在其表面浸渍负载带有功能性片段的嵌段聚合体,制备出了以所处介质p H值为―开关‖的可控润湿性纤维基固态泡沫。研究结果如下:(1)采用泡沫成形法制备纤维基稳定湿态泡沫。首先通过单因素和响应曲面优化法,获得了制备纤维湿态泡沫的最佳工艺条件。结果表明当十四醇(TDA)和阿拉伯胶(GAC)浓度分别为0.015 g/m L和0.010 g/m L,十二烷基硫酸钠(SDS)浓度为0.015 g/m L,BF浓度为1.8 wt%,搅拌速率为2000 rpm时,此时泡沫的稳定性能最好,空气含量和排水率分别为56%和3.5%。然后对纤维湿态泡沫进行网络细化和骨架增强,利用“补丁-桥联”机制对纤维网络进行细化,研究了补丁数目对于泡沫稳定性和气泡尺寸的影响,结果表明当纳米纤维素(NFC)占BF重量(干重)比为20%时气泡稳定性最好且直径最小(113μm);通过毛细管泡沫技术对纤维骨架进行增强,研究明胶浓度对纤维泡沫的表面形态和流变行为的影响,结果表明当其体积分数达到1.6%以上时,纤维基湿态泡沫具有高屈服应力能够在自然环境下保持立体形态。(2)采用冷冻干燥的方法制备纤维基固态泡沫。结果表明制得的纤维基固态泡沫具有三维立体结构,孔径最小为47μm,孔隙率高达98%以上,密度为0.096-0.018 g/cm~3,在60%应变下其应力为55.746 k Pa,具有超轻质且坚固的特点,是功能性材料的优良载体。(3)采用浸渍法制备可控润湿性纤维基固态泡沫。将合成的p H响应嵌段共聚体通过简单浸渍的方式负载于固态泡沫表面,不仅提高了泡沫的机械强度(106.652 k Pa),还实现了在不同p H介质中泡沫表面水下超亲油(0°)/超疏油(156°)之间的润湿性转换,吸附能力高达48.773 g/g。循环实验证明,改性后的纤维基固态泡沫具有优异的循环性能,经过5次循环后,其吸附能力还能达到80%。
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