以玉米秸秆为原料的天然吸油材料的制备及性能分析

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玉米秸秆具有来源丰富,物理化学性质稳定等特点而得到广泛应用。本文选用玉米秸秆为原料,通过预处理提取其中的纤维素,再用乙酸酐对其进行化学改性来制备天然吸油材料。采用吸油材料对纯原油以及水面漂浮的原油吸油倍率和保油倍率的分析来实现制备条件的优化,同时考察材料的吸附稳定性。通过对水中溶解油的吸附来确定材料的吸附饱和时间以及温度、盐度、液固比对吸附过程的影响。利用SEM、XRD、FT-IR、BET、接触角分析来表征改性前后材料的形态,结晶度,化学结构以及对油吸附过程的变化。根据对纯油以及水面浮油的吸油倍率和保油倍率的结果分析,乙酰化纤维素的最佳制备条件为:温度120℃,时间7h。吸油实验表明,纤维素纤维对水面浮油的吸附量要大于纯油并且吸油后纤维能稳定漂浮于水面。对微量油吸附的结果分析表明,所制备材料的吸附动力学曲线与拟二阶方程符合,平衡吸附量为0.0606g/g,拟二阶方程的速率常数为16.267g/(g min)。温度、盐度、液固比对吸附效果会产生一定影响,在10-20℃范围内去除率逐渐上升,在20-35℃范围内逐渐降低,20℃时的去除率最高,为97.14%。盐度亦有类似的结果,当NaCl浓度为2.0%时,去除率最高,为94.67%。随着液固比的增加,去除率逐渐降低,但吸油量逐渐升高。通过SEM、FT-IR、XRD和接触角分析对处理前后的秸秆纤维进行表征。SEM分析结果表明,玉米秸秆纤维内部本身呈疏松多孔结构,并且表面含有大量的凸起和褶皱,提供了大量的储油空间。通过预处理去除了包裹在纤维素周围的的半纤维素和木质素,使微米级的纤维素纤维从纤维束中分离出来,乙酰化改性用乙酰基取代羟基,使纤维素纤维中亲油性基团增加,且孔径增大,孔隙率增加。XRD结果显示纤维结晶度由处理前是33.59降低到处理后5.34,纤维表面非结晶区比例升高,有利于油的吸附和储存。FT-IR显示,经过预处理出现了纤维素吸收峰,经过乙酰化改性出现了乙酰基吸收峰,同时羟基吸收峰强度显著减弱。接触角分析表明,经过改性,纤维素的亲油疏水性显著增强,吸油速率加快,而且吸油速率与油的粘度及表面张力呈反比。
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