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疏水木质纤维气凝胶制备及吸油机理解析结题摘要

2022/07/1669 作者:佚名
导读:深海采油、原油海运及内河运输经常造成漏油事件,造成大面积、大流域水体污染,严重 威胁脆弱的海洋和内陆水系生态环境。目前处理溢油的方法主要为材料吸附,传统吸油材料吸油保油效率低且后续回油性差,大面积应用受到限制。鉴于木质纤维气凝胶巨大的比表面积和极高的孔隙率,本研究采用LiCl/DMSO溶液溶解含疏水性内源或外源木质素的木质纤维原料,再经溶剂置换凝胶化、硬脂酰氯酯化改性或添加油性单体甲基丙烯酸甲酯(

深海采油、原油海运及内河运输经常造成漏油事件,造成大面积、大流域水体污染,严重 威胁脆弱的海洋和内陆水系生态环境。目前处理溢油的方法主要为材料吸附,传统吸油材料吸油保油效率低且后续回油性差,大面积应用受到限制。鉴于木质纤维气凝胶巨大的比表面积和极高的孔隙率,本研究采用LiCl/DMSO溶液溶解含疏水性内源或外源木质素的木质纤维原料,再经溶剂置换凝胶化、硬脂酰氯酯化改性或添加油性单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)进行半互穿聚合交联等处理过程,获得一系列具有疏水亲油性的木质纤维物理气凝胶、木质纤维素酯气凝胶和半互穿网络气凝胶,并利用FT-IR、TG、SEM、BET、光学接触角、流变仪等检测手段表征气凝胶的化学结构、热稳定性、微观构造、多孔性、力学强度及疏水吸油性等相关性能,探讨木质纤维气凝胶对油品的吸油历程及吸附动力学行为规律,解析木质纤维气凝胶的吸油机理。结果表明,疏水性内源木质素的存在可提高木质纤维物理气凝胶的热稳定性,但会限制纤维素和半纤维素的解离,导致气凝胶孔隙结构不均匀;而外源木质素可提高气凝胶力学强度、比表面积和亲油疏水性能。对木质纤维素酯气凝胶而言,木质纤维先经硬脂酰氯酯化改性后凝胶化过程中,随着酯化试剂用量的提高,气凝胶疏水吸油性能得以改善,但其力学强度降低,凝胶网络结构疏松,比表面积下降;若先凝胶化后酯化改性,则对气凝胶三维网络结构的影响较小。对木质纤维半互穿网络气凝胶而言,单体MMA和BA与交联剂MBA所形成的聚合交联网络与木质纤维网络以半互穿方式共存,引入单体聚合交联网络有助于提高气凝胶的力学强度和疏水吸油性能。此外,对木质纤维素酯气凝胶和半互穿网络气凝胶吸附煤油的过程进行吸附动力学模型和粒内扩散模型模拟发现,两种气凝胶的吸油过程更符合准二级吸附动力学模型,即吸附速率受化学吸附机理控制,且吸附过程包括表面吸附、孔内缓慢扩散以及吸附脱附动态平衡。

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