[发明专利]亲水-疏油的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种亲水‑疏油的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶及其制备方法，制备方法为：将A、B、C三类硅烷偶联剂的混合物加入到pH值为3～4或8～9的纤维素悬浮液中得到复合悬浮液后，先将复合悬浮液进行冷冻处理形成冻胶，再对冻胶进行冷冻干燥处理制得亲水‑疏油的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶；最终制得的亲水‑疏油的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶，主要由纤维素气凝胶以及分布在纤维素气凝胶表面无规排列且与纤维素气凝胶通过羟基缩合连接的A、B、C三类硅烷偶联剂组成。本发明的亲水‑疏油的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶，制备工艺简单，成本较低；制得的复合气凝胶亲水疏油性能优异，应用范围广阔。

技术领域

本发明属于纤维素基功能材料技术领域，涉及一种亲水-疏油的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶及其制备方法。

背景技术

随着生产生活中含油污水的大量排放以及海上原油泄漏事故的频繁发生，对于油水分离吸附材料的需求已经变得十分迫切。在工业上，海上石油的开采需要大量的过滤海水来回收石油，同样，为了保持发动机的使用寿命，必须清除燃料中的水杂质。目前，油水分离吸附材料主要有两种，一种是疏水亲油材料，另一种是亲水疏油材料。当含油污水中油的含量大于水的含量的时候，由于疏水亲油材料的油吸附容量有限，无法进行大规模、持续性的油水分离，这种情况下用亲水疏油材料是较好的选择；当含油污水中水的含量大于油的含量的时候，由于亲水疏油材料的水吸附容量有限，也无法进行大规模、持续性的油水分离，这种情况下疏水亲油材料是较好的选择。

纤维素气凝胶是典型的三维多孔材料，由于其具有密度低、比表面积大、孔隙率高、成本低、可降解、表面有丰富的反应基团等诸多优点，因此被广泛应用于隔热材料、污水处理、储能电极等领域。目前，多孔材料主要采用表面接枝改性技术，使其具备亲水-疏油的能力，如Chen等在纤维素海绵上接枝短全氟端帽聚乙二醇两亲性分子刷，该表面十六烷的接触角为154°，水滴接触该表面后在4.171s内铺展 (MACROMOLECULAR MATERIALS ANDENGINEERING 2017,9,302)。然而，这种亲水疏油纤维素海绵的制备工艺复杂，条件苛刻，成本较高，无法大规模生产。

因此，开发一种工艺简单，成本较低的亲水-疏油的以纤维素为主的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶油水分离材料是很有工业应用价值的。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中纤维素气凝胶制备工艺复杂、成本高昂以及亲水疏油性能不够好的问题，提供一种工艺简单、成本较低的亲水-疏油的以纤维素为主的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

亲水-疏油的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶的制备方法，将硅烷偶联剂的混合物加入到pH值为3～4 或8～9的纤维素悬浮液中得到复合悬浮液后，先将复合悬浮液进行冷冻处理形成冻胶，再对冻胶进行冷冻干燥处理制得亲水-疏油的纤维素/硅烷偶联剂复合气凝胶；

硅烷偶联剂的混合物主要由A类硅烷偶联剂、B类硅烷偶联剂和C类硅烷偶联剂组成，A类硅烷偶联剂与B类硅烷偶联剂的质量比为1～3:1；当A类硅烷偶联剂与B类硅烷偶联剂的质量比小于1:1时，气凝胶表面的长氟链段数量较少，无法形成疏油网络，因此拒油性较差；当A类硅烷偶联剂与B类硅烷偶联剂的质量比大于3:1时，气凝胶表层的长氟链段数量较多，导致长氟链段之间间隔较小，甚至没有间隔，因此，当水滴接触气凝胶表面时，长氟链段没有足够的空间向内伸展，此时，气凝胶的亲水性较差；只有当A类硅烷偶联剂与B类硅烷偶联剂的质量比为1～3:1时，制得的气凝胶才具有较好的亲水性和疏油性；

A类硅烷偶联剂为十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或十七氟癸基三乙氧基硅烷，B类硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷，C 类硅烷偶联剂为1,2-双三甲氧基硅基乙烷或1,2-双三乙氧基硅基乙烷；