摘 要：本发明公开了一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，该方法以黄麻纤维为前驱体制备纤维素，在交联剂和疏水改性剂作用下，以冷冻干燥的方式制备纳米纤维素气凝胶。本发明所使用的黄麻，其来源广泛，价格低廉。纤维素含量高。并且制备方法工艺简单、操作方便，其产品疏水性能优良，对油污和部分有机溶剂具有较好的吸附性，拥有较高的经济和社会效益。
技术要点
1.一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，特征在于：包括以下步骤：
第一步，将黄麻原料剪成4cm-5cm长的黄麻纤维段，浸泡于0.1-0.5wt%硫酸溶液中，60℃处理1-2小时，然后用去离子水冲洗至中性；
第二步，将洗净后的黄麻纤维用二甲基亚矾(DMSO)处理，在80℃水浴温度条件下反应2-3小时，用蒸馏水冲洗后将试样置于真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60-80℃，干燥时间为24小时，得到预处理的黄麻纤维；
第三步，将预处理后的黄麻纤维用粉碎机打成粉末，过60目筛，得到预处理后的黄麻粉末，在70-80℃水浴条件下，将预处理后的黄麻粉末加入到一定浓度的H2O2/NaOH溶液中处理90-120min；
第四步，然后再进行功率为50W，时间为30-50min的超声波处理，处理后的黄麻粉末清洗低温烘干，得到黄麻粉体；
第五步，称取2-5g黄麻粉体放置于真空干燥箱中干燥24小时，溶解在-10℃预冷的NaOH/尿素/水溶液中，溶解得到一定浓度的纤维素溶液，4000-5000r/min离心10-20分钟，去除纤维素溶液中不溶解的物质和气泡；
第六步，称取0.5-1g交联剂加入到离心后的纤维素溶液中，室温下搅拌30-60min分钟，倒入孔板中，放置4-6小时，得到交联的纤维素水凝胶；
第七步，将所得的纤维素水凝胶用去离子水和无水乙醇洗涤多次，直至水凝胶达到溶胀平衡且为中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷冻4-6小时，经冷冻干燥得到纤维素气凝胶；
第八步，所得气凝胶置于密封的干燥器中，同时在该干燥器内放置一个含有2-4mL疏水改性剂的敞口小玻璃杯，然后将该干燥器在50℃条件下密封24小时进行硅烷化反应；
第九步，将硅烷化的纤维素气凝胶在常温条件下置于真空干燥箱内24小时去除未反应的硅烷，即得疏水性纤维素气凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于：所述第三步中的H2O2和NaOH浓度分别为3-4wt%和4-5wt%。
3.根据权利要求1所述的一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于：所述第五步中的NaOH/尿素/水的浓度比为7：12：81。
4.根据权利要求1所述的一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于：所述第六步中的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)、聚乙烯醇(PVA)、戊二醛中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，所述第八步中的疏水改性剂为甲基三氯硅烷(MTCS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、三甲基氯硅烷(TMCS)中的一种。
技术领域
本发明涉及气凝胶吸附剂的制备技术领域，一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法。
背景技术
目前，工业废水和石油泄漏所导致的浮油污染问题越来越多地受到人们的关注，解决此问题主要有物理方法(利用吸附剂、燃烧剂、机械装置进行浮油回收)、化学方法(利用分散剂、固化剂进行浮油去除)及生物方法(利用天然微生物进行浮油降解)。利用吸附剂进行浮油处理，是一种简单、安全、便捷的方法。传统的吸附剂(如稻草、锯木屑和木炭等)存在着选择性差、吸附效率低、不利于回收等问题，而聚丙乙烯纤维等合成的高分子吸附剂，虽然吸附量大，但是自身质量的损失也较高，不利于回收和重复利用。纤维素是世界上最丰富的天然高分子物质，具有来源范围广、价格低廉、天然可再生、高刚度、良好的生物相容性和降解性等特点，由此发展而来的纤维素气凝胶不仅有纤维素的特性，而且具有气凝胶密度低、孔隙率高的特点。对纤维素气凝胶其进行疏水改性，从而达到吸附油污的效果，已经引起了越来越多的关注。纤维素气凝胶在众多吸油材料中体现出了独特的优势。
发明内容
本发明为了实现上述目的，提供了一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法。
本发明采取如下技术方案：
一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，特征在于：包括以下步骤：
第一步，将黄麻原料剪成4cm-5cm长的黄麻纤维段，浸泡于0.1-0.5wt%硫酸溶液中，60℃处理1-2小时，然后用去离子水冲洗至中性。
第二步，将洗净后的黄麻纤维用二甲基亚矾(DMSO)处理，在80℃水浴温度条件下反应2-3小时，用蒸馏水冲洗后将试样置于真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60-80℃，干燥时间为24小时，得到预处理的黄麻纤维。
第三步，将预处理后的黄麻纤维用粉碎机打成粉末，过60目筛，得到预处理后的黄麻粉末。在70-80℃水浴条件下，将预处理后的黄麻粉末加入到一定浓度的H2O2/NaOH溶液中处理90-120min。
第四步，然后再进行功率为50W，时间为30-50min的超声波处理，处理后的黄麻粉末清洗低温烘干，得到黄麻粉体。
第五步，称取2-5g黄麻粉体放置于真空干燥箱中干燥24小时，溶解在-10℃预冷的NaOH/尿素/水溶液中，溶解得到一定浓度的纤维素溶液。4000-5000r/min离心10-20分钟，去除纤维素溶液中不溶解的物质和气泡。
第六步，称取0.5-1g交联剂加入到离心后的纤维素溶液中，室温下搅拌30-60min分钟，倒入孔板中，放置4-6小时，得到交联的纤维素水凝胶。
第七步，将所得的纤维素水凝胶用去离子水和无水乙醇洗涤多次，直至水凝胶达到溶胀平衡且为中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷冻4-6小时，经冷冻干燥得到纤维素气凝胶。
第八步，所得气凝胶置于密封的干燥器中，同时在该干燥器内放置一个含有2-4mL疏水改性剂的敞口小玻璃杯，然后将该干燥器在50℃条件下密封24小时进行硅烷化反应。
第九步，将硅烷化的纤维素气凝胶在常温条件下置于真空干燥箱内24小时去除未反应的硅烷，即得疏水性纤维素气凝胶。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第三步中的H2O2和NaOH浓度分别为3-4wt%和4-5wt%。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第五步中的NaOH/尿素/水的浓度比为7：12：81。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第六步中的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)、聚乙烯醇(PVA)、戊二醛中的一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第八步中的疏水改性剂为甲基三氯硅烷(MTCS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、三甲基氯硅烷(TMCS)中的一种。
本发明的有益效果是：
本发明制备得到的黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶疏水性好、力学性能优良、孔道结构突出。吸附容量大，在一定范围内可以循环使用。对原油、柴油、液体石蜡以及工业废水中的有机物，包括苯、甲苯、正己烷、环己烷等化学物质具有较好的吸附能力。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将黄麻原料剪成4cm长的黄麻纤维段，浸泡于0.2wt%硫酸溶液中，
60℃处理1小时，然后用去离子水冲洗至中性。
第二步，将洗净后的黄麻纤维用二甲基亚矾(DMSO)处理，在80℃水浴温度条件下反应2小时，用蒸馏水冲洗后将试样置于真空烘箱中进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为24小时，得到预处理的黄麻纤维.
第三步，将预处理后的黄麻纤维用粉碎机打成粉末，过60目筛，得到预处理后的黄麻粉末。在70℃水浴条件下，将预处理后的黄麻粉末加入到3wt%H2O2/4wt%NaOH溶液中处理90min。
第四步，然后再进行功率为50W，时间为30min的超声波处理，处理后的黄麻粉末清洗低温烘干，得到黄麻粉体。
第五步，称取4g黄麻粉体放置于真空干燥箱中干燥24小时，溶解在-10℃预冷的7wt%NaOH/12wt%尿素/81wt%水溶液中，溶解得到一定浓度的纤维素溶液。4000r/min离心15分钟，去除纤维素溶液中不溶解的物质和气泡。
第六步，称取0.7gN，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)加入到离心后的纤维素溶液中，室温下搅拌40min分钟，倒入孔板中，放置4小时，得到交联的纤维素水凝胶。
第七步，将所得的纤维素水凝胶用去离子水和无水乙醇洗涤多次，直至水凝胶达到溶胀平衡且为中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷冻4小时，经冷冻干燥得到纤维素气凝胶。
第八步，所得气凝胶置于密封的干燥器中，同时在该干燥器内放置一个含有2mL甲基三氯硅烷(MTCS)的敞口小玻璃杯，然后将该干燥器在50℃条件下密封24小时进行硅烷化反应。
第九步，将硅烷化的纤维素气凝胶在常温条件下置于真空干燥箱内24小时去除未反应的硅烷，即得疏水性纤维素气凝胶。
实施例2
一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将黄麻原料剪成5cm长的黄麻纤维段，浸泡于0.3wt%硫酸溶液中，
60℃处理1.5小时，然后用去离子水冲洗至中性。
第二步，将洗净后的黄麻纤维用二甲基亚矾(DMSO)处理，在80℃水浴温度条件下反应2.5小时，用蒸馏水冲洗后将试样置于真空烘箱中进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为24小时，得到预处理的黄麻纤维.
第三步，将预处理后的黄麻纤维用粉碎机打成粉末，过60目筛，得到预处理后的黄麻粉末。在75℃水浴条件下，将预处理后的黄麻粉末加入到一定浓度的4wt%H2O2/4wt%NaOH溶液中处理100min。
第四步，然后再进行功率为50W，时间为40min的超声波处理，处理后的黄麻粉末清洗低温烘干，得到黄麻粉体。
第五步，称取5g黄麻粉体放置于真空干燥箱中干燥24小时，溶解在-10℃预冷的7wt%NaOH/12wt%尿素/81wt%水溶液中，溶解得到一定浓度的纤维素溶液。4500r/min离心10分钟，去除纤维素溶液中不溶解的物质和气泡。
第六步，称取1g聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)加入到离心后的纤维素溶液中，室温下搅拌50min分钟，倒入孔板中，放置5小时，得到交联的纤维素水凝胶。
第七步，将所得的纤维素水凝胶用去离子水和无水乙醇洗涤多次，直至水凝胶达到溶胀平衡且为中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷冻6小时，经冷冻干燥得到纤维素气凝胶。
第八步，所得气凝胶置于密封的干燥器中，同时在该干燥器内放置一个含有4mL三甲基氯硅烷(TMCS)的敞口小玻璃杯，然后将该干燥器在50℃条件下密封24小时进行硅烷化反应。
第九步，将硅烷化的纤维素气凝胶在常温条件下置于真空干燥箱内24小时去除未反应的硅烷，即得疏水性纤维素气凝胶。
实施例3
一种黄麻纤维基高吸附性疏水纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将黄麻原料剪成4cm长的黄麻纤维段，浸泡于0.5wt%硫酸溶液中，
70℃处理1小时，然后用去离子水冲洗至中性。
第二步，将洗净后的黄麻纤维用二甲基亚矾(DMSO)处理，在80℃水浴温度条件下反应3小时，用蒸馏水冲洗后将试样置于真空烘箱中进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为24小时，得到预处理的黄麻纤维.
第三步，将预处理后的黄麻纤维用粉碎机打成粉末，过60目筛，得到预处理后的黄麻粉末。在60℃水浴条件下，将预处理后的黄麻粉末加入到一定浓度的3wt%H2O2/5wt%NaOH溶液中处理100min。
第四步，然后再进行功率为50W，时间为50min的超声波处理，处理后的黄麻粉末清洗低温烘干，得到黄麻粉体。
第五步，称取3g黄麻粉体放置于真空干燥箱中干燥24小时，溶解在-10℃预冷的7wt%NaOH/12wt%尿素/81wt%水溶液中，溶解得到一定浓度的纤维素溶液。5000r/min离心20分钟，去除纤维素溶液中不溶解的物质和气泡。
第六步，称取0.8g戊二醛加入到离心后的纤维素溶液中，室温下搅拌55min分钟，倒入孔板中，放置6小时，得到交联的纤维素水凝胶。
第七步，将所得的纤维素水凝胶用去离子水和无水乙醇洗涤多次，直至水凝胶达到溶胀平衡且为中性，然后放置于-30℃的冰箱中冷冻6小时，经冷冻干燥得到纤维素气凝胶。
第八步，所得气凝胶置于密封的干燥器中，同时在该干燥器内放置一个含有3mL甲基三甲氧基硅烷(MTMS)的敞口小玻璃杯，然后将该干燥器在50℃条件下密封24小时进行硅烷化反应。
第九步，将硅烷化的纤维素气凝胶在常温条件下置于真空干燥箱内24小时去除未反应的硅烷，即得疏水性纤维素气凝胶。
最后应说明的是：这些实施方式仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。
摘自国家发明专利，发明人：汪济奎，张钊，申请号：202210789651.8，申请日：2022.07.06
