[发明专利]用于油水分离的ZIF-8改性天然纤维素-聚偏氟乙烯复合气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明记载了一种用于油水分离的ZIF‑8改性天然纤维素‑聚偏氟乙烯复合气凝胶材料及其制备方法。以制糖废弃甘蔗渣为纤维素原料，实现天然纤维素的高效率、绿色提取，进一步利用原位生长ZIF‑8改性天然纤维素，并以氯化钠为模板，通过一锅法将其与聚偏氟乙烯复合制备复合气凝胶。在气凝胶制备过程中氯化钠成分的移除可以显著提高气凝胶孔隙率，而原位生长ZIF‑8改性天然纤维素的引入可以建立纳米尺度的粗糙度，进一步降低了气凝胶的表面能，从而显著提高了气凝胶的疏水、亲油能力，促进了其在溢油事故、有机溶剂泄露等环境污染事故中的应用。

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种用于油水分离的沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)改性天然纤维素-聚偏氟乙烯复合气凝胶材料及其制备方法。

背景技术

随着船舶运输、海上开采石油、工农业的快速发展，各种溢油、工业废料、农药等油性性污染物进入水域中，对人类健康和生态系统造成严重威胁，尤其是海洋油田泄露、油轮相撞这种难以预测的石油污染事件，更是会造成巨大的经济损失。重达几十万吨的石油一旦进入海洋，将在海面形成大片油膜，这层油膜将大气与海水隔离，减轻了海面的风浪，阻碍了空气中的氧气和海水融合，使得水中的氧减少，与此同时还有相当一部分的原油会被海洋藻类分解成无机物，使得藻类大量繁殖引发赤潮，破坏生态环境，或者与海水中的氧进行氧化分解反应，这样使得海水中的氧被大量消耗，使鱼类和其它生物生存空间大量减少。制药业、石油工业、化工业等工业生产排放大量的油性废弃物也时有发生，对淡水资源造成严重污染，全球每年有高达2000多万人因饮用污染的水而造成死亡。因此，海上石油泄漏问题、淡水资源的污染问题及造成的经济损失和环境危害急需迫切解决。

目前，许多方法已被用于漏油清理，如空气浮选法、生物修复法、絮凝法、机械萃取法、化学分散法、吸附法、现场燃烧法等，其中，吸附法是最有效、成本最低的方法。此外，吸收的油经简单的挤压、蒸馏或萃取就可以回收，这也带来了极大的便利。吸附剂材料可分为三大类：无机矿物吸附剂、合成聚合物吸附剂及天然有机吸附剂。天然纤维素因较低的密度和价格、可再生性和可生物降解性而在油性物质污染处理方面具有巨大的潜力。纤维素是地球上储量最丰富的有机生物质，经过数十亿年的自然进化，纤维素形成了独特的结构和性质，具有生物相容性、生物可降解性、高比强度和模量，但它们的吸附效果不足，而且选择性吸附性能较低，回收比较困难，限制了其在油水分离的广泛应用。另外，目前，纤维素尚未得到充分利用，每年都因大量的生物质资源被大量焚烧而浪费了纤维素。因此，开发超疏水、高吸油、低成本的纤维素气凝胶材料不仅是理想的油水分离材料，而且可以缓解因大量焚烧废弃纤维素而引起的环境污染问题，开辟了生物质新用途。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于油水分离的ZIF-8改性天然纤维素-聚偏氟乙烯复合气凝胶材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种用于油水分离的ZIF-8改性天然纤维素-聚偏氟乙烯复合气凝胶材料及其制备方法，采用如下步骤制备：

(1)按一定的质量比将ZIF-8改性天然纤维素、氯化钠及聚偏二氟乙烯充分研磨至形成均匀粉末状；

(2)将步骤(1)制得的混合粉末于一定温度下反应一定时间；

(3)将步骤(2)制得的样品浸泡在温水中保温数小时，并每隔一定时间换一次水，以除去样品中的氯化钠成分，从而形成多孔结构；

(4)将步骤(3)制得的样品置于冷阱中冷冻，随后以1～3℃/h升温速率升温至0～3℃，再以4～8℃/h的升温速率升温至10～30℃，完成冷冻干燥，得到所述气凝胶材料。

较佳的，步骤(1)中，ZIF-8改性天然纤维素、氯化钠及聚偏二氟乙烯的用量比为(0.1～0.6)：(5～10)：1。

较佳的，步骤(2)中，在120～300℃下反应0.1～1h。