[发明专利]一种用于油水分离的超疏水改性棉纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于油水分离的超疏水改性棉纤维的制备方法，包括以下步骤：将原始棉纤维清洗后干燥备用；将干燥后的原始棉纤维浸入由疏水改性剂、卤化试剂、三乙胺和无水二甲基甲酰胺构成的混合溶液中，搅拌制得疏水长链烷烃和卤化共改性的棉纤维，其中，所述疏水改性剂为长链酰溴、长链酰氯中的一种或两种的混合；将所述疏水长链烷烃和卤化共改性的棉纤维通过原子转移自由基聚合法，得到表面接枝聚合物的超疏水改性棉纤维。本发明制得的用于油水分离的超疏水改性棉纤维具有生物可降解性，应用前景广泛。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种用于油水分离的超疏水改性棉纤维及其制备方法。

背景技术

自然界中的一些生物，如荷叶、蝉翼和蚊子的眼睛，具有超疏水性，也就是说，水滴在表面上几乎可以保持球形，很容易滚落，从而清除路径上的脏物。尤其是结合超疏水性和超亲油性的功能材料，在油水分离中具有很好的效果，可以对溢油事故和工业含油废水的增加起到重要作用。目前通过模仿自然界中生物，采用仿生的方法，将低表面能物质和分级微/纳米结构表面的结合起来，已经开发出碳纳米管海绵、金属网和聚合物等各种人工超疏水/超亲油材料。

而随着人们对可再生资源和生物可降解材料的关注，利用纤维素制备超疏水和超亲油性材料引起了人们的广泛兴趣。这是由于纤维素是自然界中最常见的聚合物之一，被认为是一种几乎取之不尽的原材料来源，可满足对涂料、层压板、光学薄膜、吸附介质、制药、食品和化妆品等环保和生物相容性产品日益增长的需求。然而，由于棉纤维表面含有大量的羟基，纤维素具有亲水性，易被水润湿。目前有通过涂覆、乙酰化反应、硅基化反应和接枝聚合反应等物理或化学改性方法，改变纤维素表面的亲水性，赋予其超疏水性能，以满足实际应用。而以上方法中，接枝聚合技术一直是研究的热点，其是将疏水性聚合物共价结合到纤维素，纤维素与聚合物之间形成的共价键增强了超疏水性的稳定性，延长了超疏水材料的使用寿命。

Liu等(Liu F,Ma M,Zang D,et al.Carbohydrate Polymers.2014,103:480–487)使用溶胶-凝胶法生成硅纳米颗粒涂覆在原始棉花上，然后再用十八烷基三氯硅烷(OTS)对其改性制备超疏水棉，其可以选择性从水中吸附油。但其易于被低表面能油污染，会导致其特殊表面润湿性和分离性能的丧失；此外，含硅化合物无法避免，最终将被生物累积并对环境和生物体有害；含有硅纳米颗粒提升接触角，使得其不具有耐久性。

尹等(尹承伟，颜黎栋.云南化工.2019,46(4):126-127)使用浸渍法把氧化石墨烯(GO)包覆在三聚氰胺海绵(MS)骨架之上，使用还原剂将GO还原为还原氧化石墨烯(RGO)，同时将其紧密覆与三聚氰胺海绵骨架之上，制备了超疏水的RGO-MS吸附材料。但氧化石墨烯制备工艺复杂，生产成本较高。

王等(王凤平，郭亦菲，李彦昕.辽宁师范大学学报(自然科学版).2019,42(02)：204-209)采用涂层法，以含硅聚四氟乙烯为成膜物质，以疏水纳米SiO₂为填料，成功制备出含有微/纳米复合结构的超疏水表面。但其超疏水涂层的水接触角只有153°，且不能多次循环利用。依靠SiO₂填料提升接触角，不具有耐久性。

公开号为CN109046037A的中国专利公开了一种疏水纤维素基油水分离膜的制备方法。将纤维素基材置于含硅烷的经乙醇溶解的正硅酸四乙酯溶液中，滴加氨水，对其表面进行疏水改性，制备疏水纤维素基油水分离膜。但其水接触角最大仅有125°，且其中含有含硅化合物和固体颗粒，对环境和生物体有害，耐久性差。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种用于油水分离的超疏水改性棉纤维及其制备方法，本发明中采用一步法制备出改性棉纤维，再将改性棉纤维经过原子转移自由基聚合反应，从而得到聚合物接枝的超疏水改性棉纤维，从而解决了现有技术中改性方法对环境、生物体有害、接触角提升有限且耐久性差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：