超疏水超親油材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超疏水超親油木粉及其制備方法，屬于仿生超疏水表面研究領(lǐng)域，包括如下步驟：一、預處理木粉；二：將納米氧化鋅與木粉、硬脂酸在乙醇溶液混合，攪拌反應，干燥得到固體粉末；三、取聚苯乙烯和四氫呋喃混合，在超聲條件下攪拌，加入步驟三獲得的固體粉末，然后干燥，即得到超疏水超親油材料。另一方案步驟一和步驟二與上一方法相同；不同在于第三步，取聚苯乙烯和四氫呋喃混合，在超聲條件下攪拌，加入步驟三獲得的固體粉末，然后均勻涂于濾紙或棉織物表面干燥，即得到超疏水超親油材料。本發(fā)明的原料低廉易得，操作工藝簡單，不僅可直接作為一種吸附劑實現(xiàn)油水混合物的高效分離，而且還可以應用于制備過濾濾紙或棉織物，有效的去除含油廢水中的油分。
【專利說明】超疏水超親油材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于仿生超疏水表面研究領(lǐng)域，它具體涉及超疏水超親油材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]木粉是一種重要的農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)資源，在人類的生活及生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生大量的木粉，產(chǎn)量豐富，價格低廉。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，保護環(huán)境和生態(tài)平衡成為人們?nèi)找骊P(guān)注的話題。含油廢水的來源很廣，在石油生產(chǎn)、煉油、石油儲存和運輸、石油化工行業(yè)以及機械制造、食品加工等中都會產(chǎn)生了大量的含油廢水，嚴重危害了人類的健康和生態(tài)平衡，因此含油廢水的處理對于人類的生活和生產(chǎn)是至關(guān)重要的。含油廢水的傳統(tǒng)處理工藝普遍存在一些缺點:占地面積大、費用高昂、用時較長、分離效率低，有的因過多的添加化學藥劑造成了二次污染。隨著人類對生態(tài)環(huán)境重視的不斷提高，現(xiàn)有的含油廢水處理技術(shù)已不能滿足人們的要求。受自然界中超疏水現(xiàn)象的啟發(fā)，人類開始致力于人工合成超疏水表面材料，并將這種新型材料應用于工農(nóng)業(yè)和人們的日常生產(chǎn)及生活中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種工藝簡單、成本低廉、環(huán)境友好的超疏水超親油材料的制備方法。
[0004]為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明方案一:超疏水超親油材料的制備方法是按下述步驟進行的:步驟一、木粉進行預處理；驟二、將0.8g?1.4g納米氧化鋅、0.5g?1.0g硬脂酸、20mL?35mL無水乙醇和1.0g?1.4g步驟一處理后木粉混合,室溫下攪拌反應,在60°C?80°C條件下干燥12h?14h ;得到固體粉末；步驟三、取0.4g?0.6g聚苯乙烯和20mL四氫呋喃混合，在超聲4000Hz?5300Hz條件下攪拌IOmin?20min，加入步驟三獲得的固體粉末，然后干燥，即得到超疏水超親油材料。
[0005]步驟一所述預處理方法如下:將木粉加入質(zhì)量濃度為8%?15%的氫氧化鈉溶液中，預處理30min?90min,然后用蒸懼水洗漆至中性,再在80°C?100°C條件下干燥24h?30h。
[0006]步驟二所述納米氧化鋅是按下述步驟制備的:將8g?IOg氫氧化鈉在50°C?70°C條件下加到200mL蒸餾水中，完全溶解后放置15min?30min，再加入6g?8g硝酸鋅，在60V?110°C條件下恒溫磁力攪拌反應IOh?15h，然后依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，在75°C烘箱中干燥18h?24h，制得納米氧化鋅。
[0007]步驟二的攪拌速度為400?500r/min，攪拌反應的時間為IOmin?30min。
[0008]步驟三所述的干燥溫度為50°C?90°C，干燥時間為IOmin?40min。
[0009]經(jīng)氫氧化鈉預處理，洗去吸附在木粉表面的灰塵雜質(zhì)，同時提高木粉的滲透性。聚苯乙烯作為粘合劑，將經(jīng)過硬脂酸改性處理獲得的疏水納米氧化鋅粘附到微米級木粉纖維表面。低表面能的物質(zhì)可以得到一定的疏水效果，而表面結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)對疏水性有重要影響，微細粗糙結(jié)構(gòu)的表面可以提高表面的疏水性能。本發(fā)明利用微米/納米結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)的共同存在來達到超親油超疏水的效果。
[0010]將方案一方法所制備的超疏水超親油木粉，涂于載玻片，其與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°。將方案一方法所制備的超疏水超親油木粉能吸附各種油水混合物中的各種油分，吸附迅速，吸附率達到100% (吸附率達100%)，是一種優(yōu)良的新型材料，具有很大的應用潛力。本發(fā)明制備出超疏水超親油木粉，拓寬了超疏水材料在油水分離處理方面的應用，具有油水分離快速、分離效率高，成本低、易于制備，環(huán)境友好等優(yōu)點，并且工藝過程短，操作方便。本發(fā)明的方法適用于各種不同樹種的木粉，例如落葉松木粉、楊木木粉、橡木木粉、柳樹木粉、樺樹木粉、櫸樹木粉等。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0012]1、實驗原材料木粉可以快捷的從人們的日常生活和生產(chǎn)加工中獲得，原料豐富，成本低廉，環(huán)境友好，是農(nóng)林廢棄物木粉的有效開發(fā)利用方式。
[0013]2、用木粉作為原料，應用于超疏水仿生超疏水研究領(lǐng)域，是一種新型的生物質(zhì)原材料。
[0014]3、本發(fā)明所制備的超疏水超親油木粉，應用范圍廣泛，不僅可直接作為一種吸附劑實現(xiàn)油水混合物的高效分離，同時獲得的表面具有較高的耐破度和機械穩(wěn)定性。
[0015]4、本發(fā)明實驗方案可行性高，操作簡單，不需要大型儀器設(shè)備，可以在工業(yè)中實現(xiàn)連續(xù)化、大規(guī)模的生產(chǎn)加工。
[0016]方案二:超疏水超親油材料的制備方法是按下述步驟進行的:步驟a、木粉進行預處理；步驟b、將0.8g~1.4g納米氧化鋅、0.5g~1.0g硬脂酸、20mL~35mL無水乙醇和1.(^~1.48步驟一處理后木粉混合，室溫下攪拌反應，在601:~801:條件下干燥12h~14h ;得到固體粉末；步驟C、取0.4g~0.6g聚苯乙烯和20mL四氫呋喃混合，在超聲4000Hz~5300Hz條件下攪拌IOmin~20min，加入步驟三獲得的固體粉末，然后均勻涂于濾紙或棉織物表面，干燥，即得到超疏水超親油材料。
[0017]步驟a所述預處理方法如下:將木粉加入質(zhì)量濃度為8%~15%的氫氧化鈉溶液中，預處理30min~90min,然后用蒸懼水洗漆至中性,再在80°C~100°C條件下干燥24h~30h。
[0018]步驟b所述納米氧化鋅是按下述步驟制備的:將8g~IOg氫氧化鈉在50°C~70°C條件下加到200mL蒸懼水中，完全溶解后放置15min~30min,再加入6g~8g硝酸鋅,在60°C~110°C條件下恒溫磁力攪拌反應IOh~15h，然后依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，在75°C烘箱中干燥18h~24h，制得納米氧化鋅。
[0019]步驟b的攪拌速度為400~500r/min,攪拌反應的時間為IOmin~30min。
[0020]步驟c所述的干燥溫度為40°C~70°C,干燥時間為5min~20min。
[0021]經(jīng)氫氧化鈉預處理，洗去吸附在木粉表面的灰塵雜質(zhì)，同時提高木材的滲透性。聚苯乙烯作為粘合劑，將經(jīng)過硬脂酸改性處理獲得的疏水納米氧化鋅粘附到微米級木粉纖維表面。低表面能的物質(zhì)可以得到一定的疏水效果，而表面結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)對疏水性有重要影響，微細粗糙結(jié)構(gòu)的表面可以提高表面的疏水性能。本發(fā)明利用微米/納米結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)的共同存在來達到超親油超疏水的效果。
[0022]將方案二方法所制備的超疏水超親油濾紙或棉織物，其與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°。將方案二方法所制備的超疏水超親油材料能吸附各種油水混合物中的各種油分，吸附迅速，吸附率達到100% (吸附率達100%)，是一種優(yōu)良的新型材料，具有很大的應用潛力。本發(fā)明制備出超疏水超親油木粉，拓寬了超疏水材料在油水分離處理方面的應用，具有油水分離快速、分離效率高，成本低、易于制備，環(huán)境友好等優(yōu)點，并且工藝過程短，操作方便。本發(fā)明的方法適用于各種不同樹種的木粉，例如落葉松木粉、楊木木粉、橡木木粉、柳樹木粉、樺樹木粉、櫸樹木粉等。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0024]1、實驗原材料木粉可以快捷的從人們的日常生活和生產(chǎn)加工中獲得，原料豐富，成本低廉，環(huán)境友好，是農(nóng)林廢棄物木粉的有效開發(fā)利用方式。
[0025]2、用木粉作為原料，應用于超疏水仿生超疏水研究領(lǐng)域，是一種新型的生物質(zhì)原材料。
[0026]3、本發(fā)明所制備的超疏水超親油木粉，應用范圍廣泛，不僅可直接作為一種吸附劑實現(xiàn)油水混合物的高效分離，同時獲得的表面具有較高的耐破度和機械穩(wěn)定性。
[0027]4、本發(fā)明實驗方案可行性高，操作簡單，不需要大型儀器設(shè)備，可以在工業(yè)中實現(xiàn)連續(xù)化、大規(guī)模的生產(chǎn)加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1原始木粉分別在放大倍數(shù)為500下的掃描電鏡照片(SEM)；圖2是超疏水超親油木粉分別在放大倍數(shù)為500下的掃描電鏡照片(SEM);圖3原始木粉分別在放大倍數(shù)為1000下的掃描電鏡照片(SEM);圖4是超疏水超親油木粉分別在放大倍數(shù)為1000下的掃描電鏡照片(SEM);圖5原始木粉分別在放大倍數(shù)為2000下的掃描電鏡照片(SEM);圖6是超疏水超親油木粉分別在放大倍數(shù)為2000下的掃描電鏡照片(SEM);圖7是原始木粉分別在放大倍數(shù)為5000下的掃描電鏡照片(SEM);圖8是超疏水超親油木粉分別在放大倍數(shù)為5000下的掃描電鏡照片(SEM);圖9為超疏水超親油木粉的水滴接觸角示意圖；圖10為超疏水超親油木粉的油滴接觸角示意圖；圖11是分離前油水混合物的照片；圖12是分離后油水混合物的照片；圖13是超疏水超親油木粉完成過程后，將木粉與溶液分離，并回收木粉的照片。
【具體實施方式】
[0029]【具體實施方式】一:本實施方式中超疏水超親油材料的制備方法是按下述步驟進行的:步驟一、將木粉加入質(zhì)量濃度為15%的氫氧化鈉溶液預處理30min，用蒸餾水洗滌至中性，放入80°C烘箱中，干燥24h ;步驟二、將0.8g納米氧化鋅、0.5g硬脂酸、20mL無水乙醇和1.0g步驟一處理后木粉混合,室溫下以400r/min速度攪拌反應30min,在60°C干燥IOmin,得到固體粉末；步驟三、取0.4g聚苯乙烯和20mL四氫呋喃混合，在超聲4000Hz條件下攪拌lOmin，加入步驟三獲得的固體粉末，然后90°C干燥lOmin，即得到超疏水超親油材料；其中，步驟二納米氧化鋅制備方法:將Sg氫氧化鈉在50°C條件下加到200mL蒸餾水中，完全溶解后放置15min后,加入6g硝酸鋅,60°C恒溫磁力攪拌反應IOh,然后依次用蒸懼水和無水乙醇洗滌，在75°C烘箱中干燥18h，制得納米氧化鋅。
[0030]將本實施方式的方法所制備的超疏水超親油木粉，涂于載玻片，其與水的接觸角大于150° ,滾動角小于10°。
[0031]低放大倍數(shù)下原始木粉電鏡圖1、3與相同放大倍數(shù)下超疏水超親油木粉電鏡圖
2、4對比，可看出原始木粉和超疏水超親油木粉的纖維結(jié)構(gòu)及形狀相同，即改性后木粉的纖維形狀沒有發(fā)生變化，區(qū)別在于原始木粉纖維表面光滑，而改性后木粉纖維表面附著一些白色顆粒狀物質(zhì)。原始木粉高放大倍數(shù)下的電鏡圖5、7與相同放大倍數(shù)下的超疏水超親油木粉電鏡圖6、8相比，可以發(fā)現(xiàn)，超疏水超親油木粉的纖維表面的粒子為納米級尺度且分布致密均勻，這證實了納米氧化鋅成功的粘附于木粉纖維上，賦予了木粉納米級粗糙結(jié)構(gòu)，為超疏水的獲得奠定了理論基礎(chǔ)。圖9為5iU的水滴滴到超疏水超親油木粉表面，形成的近球形的水滴，水滴穩(wěn)定并停留一段時間后的水接觸角圖。圖10為一滴油落在超疏水超親油木粉上，油滴立即被木粉吸收，所形成的油接觸角照片。
[0032]取5g紅油(油加入紅色的染料)和30ml蒸餾水放置于燒杯中，加入2g木粉，木粉選擇性的吸收紅油，不吸附水分。吸附完成后，過濾可獲得澄清的水，成功的將木粉分離。過程參見圖11-13。圖11為油水混合物的俯視圖及側(cè)視圖，圖12為放入超疏水超親油木粉后，油分立刻被木粉吸收的俯視圖及側(cè)視圖，說明所獲得木粉的超親油性能。圖13為木粉吸附油分后，將木粉分離，所得到的的溶液和吸附油分達到飽和狀態(tài)的木粉的示意圖，可看出油分被木粉完全吸附，剩下的溶液為純的水且水的質(zhì)量不變，說明制備出的木粉具有超疏水性能。
[0033]【具體實施方式】二:本實施方式中超疏水超親油材料的制備方法是按下述步驟進行的:步驟一、將木粉加入質(zhì)量濃度為15%的氫氧化鈉溶液預處理30min，用蒸餾水洗滌至中性，放入80°C烘箱中，干燥30h ;步驟二、將0.8g納米氧化鋅、0.5g硬脂酸、20mL無水乙醇和1.0g步驟一處理后木粉混合，室溫下以400r/min速度攪拌反應2++0min，在60°C干燥lOmin，得到固體粉末；步驟三、取0.4g聚苯乙烯和20mL四氫呋喃混合，在超聲4000Hz條件下攪拌lOmin，加入步驟三獲得的固體粉末，然后均勻涂于濾紙，70°C干燥干燥5min，即得到超疏水超親油材料；其中，步驟二納米氧化鋅制備方法:將Sg氫氧化鈉在50°C條件下加到200mL蒸懼水中，完全溶解后放置15min后,加入6g硝酸鋅，60°C恒溫磁力攪拌反應IOh,然后依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，在75°C烘箱中干燥18h，制得納米氧化鋅。
[0034]本實施方式制備的超疏水超親油材料與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°。將方案二方法所制備的超疏水超親油材料能吸附各種油水混合物中的各種油分，吸附迅速，吸附率達到100% (吸附率達100%)。
[0035]【具體實施方式】三:本實施方式中超疏水超親油材料的制備方法是按下述步驟進行的:步驟一、將木粉加入質(zhì)量濃度為8%的氫氧化鈉溶液預處理60min，用蒸餾水洗滌至中性，放入100°C烘箱中，干燥24h ;步驟二、將1.0g納米氧化鋅、1.0g硬脂酸、30mL無水乙醇和1.4g步驟一處理后木粉混合,室溫下以500r/min速度攪拌反應IOmin,在60°C干燥lOmin，得到固體粉末；步驟三、取0.6g聚苯乙烯和20mL四氫呋喃混合，在超聲5000Hz條件下攪拌15min，加入步驟三獲得的固體粉末，然后均勻涂于棉織物表面，40°C干燥干燥20min,即得到超疏水超親油材料；其中，步驟二納米氧化鋅制備方法:將8g氫氧化鈉在50°C條件下加到200mL蒸餾水中，完全溶解后放置15min后，加入6g硝酸鋅，60°C恒溫磁力攪拌反應10h，然后依次用蒸餾水和無水乙醇洗滌，在75°C烘箱中干燥18h，制得納米氧化鋅。[0036]本實施方式制備的超疏水超親油材料與水的接觸角大于150°，滾動角小于10°。將方案二方法所制備的超疏水超親油材料能吸附各種油水混合物中的各種油分，吸附效率高吸附迅速，吸附率達到100% (吸附率達100%)。
【權(quán)利要求】
1.超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于超疏水超親油材料的制備方法是按下述步驟進行的: 步驟一、木粉進行預處理； 步驟二、將0.8g~1.4g納米氧化鋅、0.5g~1.0g硬脂酸、20mL~35mL無水乙醇和1.0g~1.4g步驟一處理后木粉混合，室溫下攪拌反應，在60°C~80°C條件下干燥12h~14h ;得到固體粉末； 步驟三、取0.4g~0.6g聚苯乙烯和20mL四氫呋喃混合，在超聲4000Hz~5300Hz條件下攪拌IOmin~20min,加入步驟三獲得的固體粉末,然后干燥，即得到超疏水超親油材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于步驟一所述預處理方法如下:將木粉加入質(zhì)量濃度為8%~15%的氫氧化鈉溶液中，預處理30min~90min，然后用蒸餾水洗滌至中性，再在80°C~100°C條件下干燥24h~30h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于步驟二所述納米氧化鋅是按下述步驟制備的:將8g~IOg氫氧化鈉在50°C~70°C條件下加到200mL蒸餾水中，完全溶解后放置15min~30min,再加入6g~8g硝酸鋅,在60°C~110°C條件下恒溫磁力攪拌反應IOh~15h,然后依次用蒸懼水和無水乙醇洗漆,在75°C烘箱中干燥18h~24h,制得納米氧化鋒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于步驟二的攬拌速度為400~500r/min,攬拌反應的時間為IOmin~30min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于步驟三所述的干燥溫度為50°C~90°C,干燥時間為IOmin~40min。
6.超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于超疏水超親油材料的制備方法是按下述步驟進行的: 步驟a、木粉進行預處理； 步驟b、將0.8g~1.4g納米氧化鋅、0.5g~1.0g硬脂酸、20mL~35mL無水乙醇和1.0g~1.4g步驟一處理后木粉混合，室溫下攪拌反應，在60°C~80°C條件下干燥12h~14h ;得到固體粉末； 步驟C、取0.4g~0.6g聚苯乙烯和20mL四氫呋喃混合，在超聲4000Hz~5300Hz條件下攪拌IOmin~20min,加入步驟三獲得的固體粉末,然后均勻涂于濾紙或棉織物表面,干燥，即得到超疏水超親油材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于步驟a所述預處理方法如下:將木粉加入質(zhì)量濃度為8%~15%的氫氧化鈉溶液中，預處理30min~90min，然后用蒸餾水洗滌至中性，再在80°C~100°C條件下干燥24h~30h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于步驟b所述納米氧化鋅是按下述步驟制備的:將8g~IOg氫氧化鈉在50°C~70°C條件下加到200mL蒸餾水中，完全溶解后放置15min~30min,再加入6g~8g硝酸鋅,在60°C~110°C條件下恒溫磁力攪拌反應IOh~15h,然后依次用蒸懼水和無水乙醇洗漆,在75°C烘箱中干燥18h~24h,制得納米氧化鋒。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于步驟b的攬拌速度為400~500r/min,攬拌反應的時間為IOmin~30min。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超疏水超親油材料的制備方法，其特征在于步驟c所述的干燥溫度為40°C~70°C，干燥時間為5min~20min。
【文檔編號】B01D17/022GK103657612SQ201310676550
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】王成毓, 臧德利 申請人:東北林業(yè)大學