【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于材料領(lǐng)域，涉及一種以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法。
技術(shù)介紹
1、酒糟渣含水率高，酸度大，極易腐爛變質(zhì)，處理不當(dāng)將會(huì)污染土壤、影響環(huán)境，屬于輕工業(yè)廢棄物。同時(shí)，酒糟渣也屬于生物質(zhì)能源，因?yàn)槠渲泻胸S富的纖維素、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分，具有很高的利用價(jià)值和巨大的資源化潛力。實(shí)現(xiàn)酒糟的減量化、無害化、資源化勢(shì)在必行。
2、納米纖維素是從天然纖維素中提取的直徑在100nm以內(nèi)的纖維，是一種新興的納米材料，它源自自然界中廣泛存在的纖維素，經(jīng)過特定的技術(shù)手段處理后，形成具有納米尺度的材料。納米纖維素不僅繼承了纖維素本身的優(yōu)良特性，如生物可降解性和生物相容性，還展現(xiàn)出了獨(dú)特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，如高楊氏模量、高比表面積、親水性強(qiáng)等。在食品、醫(yī)藥、能源、水處理及復(fù)合材料等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，近年來受到了全球范圍內(nèi)科研工作者和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
3、隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速和能源需求的日益增長，石油等化石燃料的使用量急劇增加，導(dǎo)致水體油污染問題日益嚴(yán)峻。開發(fā)高效、環(huán)保的油水分離技術(shù)已成為當(dāng)前環(huán)保領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。納米纖維素氣凝膠作為一種新型的三維多孔材料，具有輕質(zhì)、高孔隙率、大比表面積和優(yōu)異的吸附性能，在油水分離領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。其獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為油水混合物提供了有效的分離通道，同時(shí)，納米纖維素的親水性和生物可降解性也為材料的環(huán)保性提供了保障。傳統(tǒng)的納米纖維素氣凝膠親水性，吸油能力不足，機(jī)械穩(wěn)定性差等特點(diǎn)影響重復(fù)使用性能等。因此需要對(duì)納米纖維素氣凝膠進(jìn)行功能化改性，以便改善其油水分離效率
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供一種以輕工業(yè)廢棄物為原料制備納米纖維素氣凝膠的方法，本方法制備的納米纖維素具有較大的尺寸分布和較高的長徑比，得到的氣凝膠具有超低密度和超高孔隙率，改性后表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水性能。
2、本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案如下：
3、一種以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，包括以下步驟：將酒糟渣洗滌并烘干，研磨后與預(yù)處理液混合去除雜質(zhì)，得到酒糟粉末；將酒糟粉末分別與堿液、漂白液反應(yīng)，得到纖維素；將纖維素采用tempo氧化超聲，透析處理并冷凍干燥后得到納米纖維素；將納米纖維素與聚乙烯醇溶液混合，經(jīng)過冷凍干燥得到納米纖維素氣凝膠，然后通過化學(xué)氣相沉積進(jìn)行硅烷化改性，得到疏水性納米纖維素氣凝膠。
4、進(jìn)一步的，酒糟渣洗滌前用70~90℃左右的水完全浸透，然后用去離子水洗滌至濾液澄清，隨后置于60℃~80℃烘箱中烘干。
5、進(jìn)一步的，所述預(yù)處理液為采用甲苯與乙醇的混合液，甲苯與乙醇體積比為1~3:1，酒糟渣和預(yù)處理液的比例為1:12~15。
6、進(jìn)一步的，將酒糟渣以動(dòng)態(tài)加熱攪拌浸漬于預(yù)處理液中，溫度為90~110℃，時(shí)間為6-8h；預(yù)處理液處理后，再依次經(jīng)過乙醇、去離子水洗滌，隨后放入60℃-80℃烘箱中烘干保存。
7、進(jìn)一步的，所述堿液為5%-15%的koh溶液；酒糟粉末與堿液的反應(yīng)溫度為70~90℃，反應(yīng)時(shí)間在2~4h，固液比在1:15~35；所述漂白液為1.5%-7.5%的naclo2溶液；酒糟粉末與漂白液的反應(yīng)溫度為75~95℃，反應(yīng)時(shí)間1.5~2.5h，固液比在1:30~35；酒糟粉末與漂白液的反應(yīng)過程采用乙酸調(diào)節(jié)ph使ph維持在3~4；堿液處理、漂白液處理后的濾渣后采用去離子水反復(fù)清洗至濾液為中性后，置于60~80℃烘箱中烘干。
8、進(jìn)一步的，所述tempo氧化采用tempo/nabr/naclo催化氧化體系，tempo與nabr的質(zhì)量比為1:5~16，纖維素與nabr的質(zhì)量比為1:0.16~0.33，naclo的用量為5-30mmol/g纖維素；tempo氧化反應(yīng)前，將纖維素分散于超純水中，固液比為1:80~120，常溫?cái)嚢?~2h；tempo氧化反應(yīng)時(shí)全程置于超聲清洗器中進(jìn)行，超聲功率在30~50khz，溫度通過冷卻循環(huán)液控制在25（±5）℃。
9、進(jìn)一步的，tempo氧化反應(yīng)過程中，通過hcl和naoh來維持反應(yīng)的ph在10~11范圍內(nèi)；當(dāng)ph保持恒定時(shí)，倒入5-30mlml無水乙醇淬滅氧化反應(yīng)；透析采用分子量為8000~14000的透析袋，透析時(shí)間為3~5d，透析后得到納米纖維素懸浮液，冷凍干燥后得到納米纖維素。
10、進(jìn)一步的，硅烷化改性采用的改性劑為甲基三甲氧基硅烷，改性溫度為70~80℃，時(shí)間為5~7h。
11、進(jìn)一步的，所述方法包括：
12、（1）預(yù)處理：將酒糟渣用水洗滌并烘干，研磨后與預(yù)處理液混合去除蛋白質(zhì)、脂質(zhì)果膠等雜質(zhì)，得到酒糟粉末。
13、（2）納米纖維素制備：首先將酒糟粉末分別與堿液、漂白液反應(yīng)，得到纖維素。接著采用tempo氧化制備納米纖維素，tempo氧化全程超聲。將氧化后得到的液體轉(zhuǎn)移到透析袋種透析3-5d，經(jīng)冷凍干燥后即得到納米纖維素。
14、（3）氣凝膠制備及改性：將納米纖維素與聚乙烯醇溶液混合，經(jīng)過冷凍干燥得到氣凝膠。然后通過化學(xué)氣相沉積進(jìn)行硅烷化改性，得到改性氣凝膠。改性氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水性能，可吸附大量油類物質(zhì)，在油水分離領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>
15、優(yōu)選地，所述步驟（1）中，酒糟渣洗滌前需要用80℃左右的溫水完全浸透，然后用去離子水洗滌至濾液澄清，隨后置于60℃-80℃烘箱中烘干，將酒糟通過烘干使得水分保持在10%~20%。
16、優(yōu)選地，所述步驟（1）中，將烘干后的酒糟渣研磨，收集保留在60目篩網(wǎng)上的樣品，去除過小或過大粉末。
17、優(yōu)選地，所述步驟（1）中，預(yù)處理液采用甲苯與乙醇的混合液（甲苯與乙醇體積比為2:1），按照固液比1:12-1:15的比例與預(yù)處理液混合。
18、優(yōu)選地，所述步驟（1）中，酒糟渣以動(dòng)態(tài)加熱攪拌浸漬于預(yù)處理液中，溫度為110℃，時(shí)間為6-8h。
19、更優(yōu)選地，所述步驟（2）中，酒糟渣與漂白液的反應(yīng)溫度為75℃-95℃，反應(yīng)時(shí)間2h，固液比在1:30-1:35。
20、優(yōu)選地，所述步驟（2）中，tempo氧化反應(yīng)需全程置于超聲清洗器中進(jìn)行，超聲功率在40khz，溫度通過冷卻循環(huán)液控制在25（±5）℃。
21、優(yōu)選地，所述步驟（3）中，納米纖維素在水溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，聚乙醇在水溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%-1.0%，首先將聚乙烯醇充分溶解于水中，然后與納米纖維素混合，經(jīng)過冷凍干燥后可得到氣凝膠。通過化學(xué)氣相沉積法，將硅烷涂覆在氣凝膠網(wǎng)絡(luò)上形成疏水層，即可得到疏水性納米纖維素氣凝膠。
22、優(yōu)選地，所述步驟（3）中，改性劑為甲基三甲氧基硅烷（mtms），改性溫度為70℃-80℃，時(shí)間為6h。得到改性的納米纖維素氣凝膠。
23、本專利技術(shù)還提供一種疏水性納米纖維素氣凝膠，采用上述方法制備而成。
24、本專利技術(shù)還提供上述的疏水性納米纖維素氣凝膠在油污吸附中的應(yīng)用。
25、有益效果
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1.一種以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，包括以下步驟：將酒糟渣洗滌并烘干，研磨后與預(yù)處理液混合去除雜質(zhì)，得到酒糟粉末；將酒糟粉末分別與堿液、漂白液反應(yīng)，得到纖維素；將纖維素采用TEMPO氧化超聲，透析處理并冷凍干燥后得到納米纖維素；將納米纖維素與聚乙烯醇溶液混合，經(jīng)過冷凍干燥得到納米纖維素氣凝膠，然后通過化學(xué)氣相沉積進(jìn)行硅烷化改性，得到疏水性納米纖維素氣凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，酒糟渣洗滌前用70~90℃左右的水完全浸透，然后用去離子水洗滌至濾液澄清，隨后置于60℃~80℃烘箱中烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，所述預(yù)處理液為采用甲苯與乙醇的混合液，甲苯與乙醇體積比為1~3:1，酒糟渣和預(yù)處理液的比例為1:12~15。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，將酒糟渣以動(dòng)態(tài)加熱攪拌浸漬于預(yù)處理液中，溫度為90~110℃，時(shí)間為6-8h；預(yù)處理液處理后，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，所述堿液為5%-15%的KOH溶液；酒糟粉末與堿液的反應(yīng)溫度為70~90℃，反應(yīng)時(shí)間在2~4h，固液比在1:15~35；所述漂白液為1.5%-7.5%的NaClO2溶液；酒糟粉末與漂白液的反應(yīng)溫度為75~95℃，反應(yīng)時(shí)間1.5~2.5h，固液比在1:30~35；酒糟粉末與漂白液的反應(yīng)過程采用乙酸調(diào)節(jié)pH使pH維持在3~4；堿液處理、漂白液處理后的濾渣后采用去離子水反復(fù)清洗至濾液為中性后，置于60~80℃烘箱中烘干。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，所述TEMPO氧化采用TEMPO/NaBr/NaClO催化氧化體系，TEMPO與NaBr的質(zhì)量比為1:5~16，纖維素與NaBr的質(zhì)量比為1:0.16~0.33，NaClO的用量為5-30mmol/g纖維素；TEMPO氧化反應(yīng)前，將纖維素分散于超純水中，固液比為1:80~120，常溫?cái)嚢?~2h；TEMPO氧化反應(yīng)時(shí)全程置于超聲清洗器中進(jìn)行，超聲功率在30~50kHz，溫度通過冷卻循環(huán)液控制在25（±5）℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，TEMPO氧化反應(yīng)過程中，通過HCl和NaOH來維持反應(yīng)的pH在10~11范圍內(nèi)；當(dāng)pH保持恒定時(shí)，倒入5~30mlmL無水乙醇淬滅氧化反應(yīng)；透析采用分子量為8000~14000的透析袋，透析時(shí)間為3~5d，透析后得到納米纖維素懸浮液，冷凍干燥后得到納米纖維素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，硅烷化改性采用的改性劑為甲基三甲氧基硅烷，改性溫度為70~80℃，時(shí)間為5~7h。
9.一種疏水性納米纖維素氣凝膠，其特征在于，采用權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述方法制備而成。
10.權(quán)利要求9所述的疏水性納米纖維素氣凝膠在油污吸附中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，包括以下步驟：將酒糟渣洗滌并烘干，研磨后與預(yù)處理液混合去除雜質(zhì)，得到酒糟粉末；將酒糟粉末分別與堿液、漂白液反應(yīng)，得到纖維素；將纖維素采用tempo氧化超聲，透析處理并冷凍干燥后得到納米纖維素；將納米纖維素與聚乙烯醇溶液混合，經(jīng)過冷凍干燥得到納米纖維素氣凝膠，然后通過化學(xué)氣相沉積進(jìn)行硅烷化改性，得到疏水性納米纖維素氣凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，酒糟渣洗滌前用70~90℃左右的水完全浸透，然后用去離子水洗滌至濾液澄清，隨后置于60℃~80℃烘箱中烘干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，所述預(yù)處理液為采用甲苯與乙醇的混合液，甲苯與乙醇體積比為1~3:1，酒糟渣和預(yù)處理液的比例為1:12~15。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，將酒糟渣以動(dòng)態(tài)加熱攪拌浸漬于預(yù)處理液中，溫度為90~110℃，時(shí)間為6-8h；預(yù)處理液處理后，再依次經(jīng)過乙醇、去離子水洗滌，隨后放入60℃-80℃烘箱中烘干保存。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以酒糟渣為原料制備疏水性納米纖維素氣凝膠的方法，其特征在于，所述堿液為5%-15%的koh溶液；酒糟粉末與堿液的反應(yīng)溫度為70~90℃，反應(yīng)時(shí)間在2~4h，固液比在1:15~35；所述漂白液為1.5%-7.5%的naclo2溶液；酒糟粉末與漂白液的反應(yīng)溫度為75~95℃，反應(yīng)時(shí)間1.5~2.5h，固液比...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳倫剛，郭宏莉，馬隆龍，張興華，張琦，劉建國，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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