[发明专利]一种抗盐性纳米/微米纤丝纤维素凝胶的制备方法

说明书

本发明以TEMPO/NaBr/NaClO体系制备的纳米/微米纤丝纤维素凝胶为基础，以金属盐类催化剂为引发剂将磺酸钠接枝物接枝到纳米/微米纤丝纤维素表面，使其具有抗盐性，得到的纤维素凝胶是一种天然、绿色、可生物降解的材料，能够适用于石油采油工业、水处理中具有优异的抗盐性和耐高温性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米/微米纤丝纤维素凝胶的制备方法，更具体地是一种抗盐性纳米/微米纤丝纤维素凝胶的制备方法。

背景技术

纳米/微米纤丝纤维素为一种通过高压剪切力对植物纤维进行处理，使纤维分离，获得一种直径在20nm以内，长度在500nm到100μm的凝胶状纤维素纤维。纳米/微米纤丝纤维素凝胶的制备方法主要为机械研磨、生物酶或化学预处理或者是几种方法的结合。纳米/微米纤丝纤维素/微纤化纤维素凝胶作为一种新型纳米材料，具有来源广泛、可再生、无毒可降解以及高杨氏模量、较低密度、巨大的比表面积、超强的吸附能力和高的反应活性等特点，使其与普通纤维素的性质有很大差异，近年来研究者们对纳米/微米纤丝纤维素/微纤化纤维素凝胶在水处理、石油采油、涂料、日化、药物缓释、可降解水凝胶、精细化工及高强度特种材料等领域的应用进行了大量的研究和应用。然而，纳米/微米纤丝纤维素/微纤化纤维素凝胶在制备的过程中最常用的工艺为先经TEMPO体系氧化处理，将纤维表面的部分羟基氧化成羧基在进行机械分离，或者是直接采用纯机械的手段将纤维分离成纳米级，以上过程中所制备得到的凝胶其表面含有大量的羟基和部分羧基，因此其表现出较好的亲水特征。众所周知，羟基和羧基对温度和盐度比较敏感，因此单纯的进行羧基改性或者不改性得到的纳米纤维素很难在复杂的污水体系和地下采油体系中稳定存在，因此为了扩展纳米/微米纤丝纤维素/微纤化纤维素凝胶在石油采油工业和污水处理中的应用，相应的抗盐性改性变得尤为重要。

近年来，研究者们对纳米纤维素接枝聚合物改性做了大量的研究，例如，K.C.Gupta等人，在水溶液体系中，使用硝酸铈铵做为引发剂，将丙烯酸乙酯接枝到纤维素上。他们发现了在硝酸存在的条件下，硝酸铈铵有着良好的引发效果。Banerjee等人，将AMPS接枝到羧甲基纤维素表面，使得接枝共聚物比羧甲基纤维素有更好的热稳定性。El-Hag等人，通过γ射线引发法，将AMPS接枝到羧甲基纤维素的功能型水凝胶当中，使得AMPS/CMC共聚物有较好的螯合金属离子能力。Kuisma Littunena等人，在水溶液体系中，用氧化还原自由基聚合的方法，将丙烯酸单体接枝到纤维素纳米/微米纤丝上。制备得到的接枝共聚物的疏水性能和热稳定性都一定的提高，但效果并不显著。

发明内容

本发明，以TEMPO/NaBr/NaClO体系制备的纳米/微米纤丝纤维素凝胶为基础，以金属盐催化剂为引发剂将抗盐性聚合物单体接枝到纳米/微米纤丝纤维素表面，使其具有抗盐性，最终开发一种天然、绿色、可生物降解，能够适用于石油采油工业、水处理中的抗盐性纳米/微米纤丝纤维素凝胶，为缓解日益严峻的环境压力做出贡献。

本发明工艺步骤如下：

一、纳米/微米纤丝纤维素凝胶的制备

称取原浆料(浆料为针叶木、阔叶木浆中的一种)，配置浆料浓度至0.5-10％，采用TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系氧化将纤维氧化至羧基含量为0.5mmol/g-1.5mmol/g。洗涤至pH为中性时，调节浓度在1-15％，使用盘磨磨浆机、高压均质机等设备，制备得到直径在5-20nm，长度在700nm-20um，浓度为0.5-15％的半透明凝胶状的纳米/微米纤丝纤维素。

二、配制纳米/微米纤丝纤维素的胶体溶液

取质量浓度为0.5-15％的上述凝胶于100L的反应釜中，其中反应釜带有搅拌桨和加热套。调节体系加热温度至40-60℃。

三、配制催化剂溶液和磺酸钠系溶液

用去离子水配制催化剂质量浓度为10％溶液。磺酸钠接枝物使用去离子水配置成质量浓度为5-40％的溶液以便于滴加。