氧化熱化學烘乾過程改變天然有機材料的親水/疏水性質的製作方法

2023-05-18 14:17:31

專利名稱：氧化熱化學烘乾過程改變天然有機材料的親水/疏水性質的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型天然疏水親油材料及天然親水親油材料生產的氧化熱化學乾燥過程。該過程所用原料為各類生物材料，腐植類，礦物質以及它們的衍生物。該產物在液相、氣相和固相中具有對水的低親和力或高親和力，以及對油類、碳氫化合物類、有害金屬離子、放射性物質、汙染物和毒物等的高親和力。
背景技術：
吸附技術因設計簡單、操作方便、見效快和較少受到幹擾等特點而優於其它處理技術。疏水親油吸附劑的需求非常大。優良的疏水親油吸附劑應具有高選擇性、高吸附容量、高吸附速度、良好的漂浮性能和壽命長等特點，可低成本大量供應，及一定的顆粒大小、形狀和機械強度。由於日益嚴重的汙染，吸附劑的可再生性、無毒性、生物降解性和生物兼容性也需重視。
人們發現很多材料可吸附油類和碳氫化合物類，如活性炭、有機合成吸附劑、礦物質吸附劑、表面塗層類吸附劑和泥炭等。這些材料相對昂貴，其原料和生產成本較高，大規模工業應用有局限。這些吸附劑還有如下缺點或水中漂浮性差；或吸附容量低；或吸附速度慢；或吸附力弱；或接觸水後迅速失去吸油力；或在吸附油汙後變得很粘稠不利後續移除；或在一些典型環境條件如低溫中工作效率大降；或有毒；或曾經被有毒化學試劑處理；或比重太小造成實際應用不便；或其原料來源受限；或不能生物降解。
天然植物類長久以來被用於油類和碳氫化合物類的吸附。這類吸附劑來源廣、量大、價廉，有多種物理形態可利用，可用於連續作業系統。例如用木屑、稻草、羽毛等處理油汙。但這類天然材料吸水太快，很難用於水上油類和碳氫化合物類的治理。
天然材料和生物廢物做疏水吸附劑的原料，具有很強的經濟吸引力和環境利益，科學家們做過許多嘗試將親水的生物材料變成疏水親油吸附劑。改性主要集中在三個領域表面塗層，化學反應和加熱。
表面塗層法通過添加疏水劑或聚合物修飾原料得到疏水的表層。如美國專利4,519,918，美國專利4,925,343，美國專利5,021,390，美國專利5,492,881和美國專利5,891,937。添加劑增加製備成本，還造成環境汙染。
化學反應法通過添加化學試劑引起化學反應修飾原料。如美國專利2,358,808，美國專利3,770,575，美國專利3,874,849和美國專利4,605,640。昂貴的化學試劑增加製備成本，也造成環境汙染。
加熱法通過熱化學反應修飾原料。加熱反應中，疏水物質產生於原料本身。其製備簡單、低成本且無添加劑。木質纖維素類的加熱，主要發生在熱縮，烘烤和炭化三個不同處理溫度。熱縮是木質纖維素類在200℃～280℃的熱化學降解，如美國專利4,954,620。烘烤是木質纖維素類在270℃～300℃與空氣接觸並直接加熱造成的不完全炭化，如法國專利839732，法國專利872 164，德國專利2 802 213和歐州專利0 073 714。炭化發生在更高溫度，通常高於450℃，去除因木質纖維素類物質分解而產生的焦油物質。
美國專利4,553,978(Yvan)，200℃至280℃的中性氣體環境中烘烤改變植物木質成分。選240℃～260℃，作用30分鐘至5小時。
美國專利4,753,917(Grenthe)，產疏水吸附劑，快速加熱含水纖維素類原料，如亞硫酸鹽廢棄纖維，在500°至700°F的高溫氣流中加熱數分鐘。優選條件是在500°至700°F的高溫氣流中加熱數分鐘。通過水分氣化造成纖維的膨化，然後表面加薄層蠟質。
美國專利4,954,620(Bourgeois)，在220℃至280℃，無氧熱氣流的熱化學過程處理木質纖維素類物質。
美國專利5,110,785(Reed)，使半纖維素變成疏水親油材料。300℃至360℃的熱解溫度下，轉爐處理松木木屑10分鐘。系統對氣體環境無要求。
美國專利5,585,319(Saitoh)，250℃至450℃轉爐內加熱木質纖維素5至100分鐘得吸油材料。整個系統無氣體入口但有出口使乾餾過程產出的酸和氣體排出。
日本專利62,050,393A2(Fumiaki)，在180℃至300℃的惰性氣體中加熱煤。該惰性氣體含大於10％體積的氧及大於10％體積至100％體積的水蒸汽以避免煤燃燒和爆炸。通過高於180℃的溫度加熱，減少煤中水分，煤中含氧親水基團如酚基和羧基被熱化學分解而使煤疏水，吸溼性減小。
日本專利11,009,992A2(Tsutomu)，利用沸水抽提後的咖啡豆殘渣生產氣體吸附劑，於300℃～450℃的含氧氣體中加熱。
法國專利953,004和瑞士專利228,877分別在250℃～350℃和250℃～300℃下進行烘烤。結論為所用氣體無關緊要，反應可在正常大氣環境中進行。
總結先期發明皆利用短時間高溫在惰性氣體或水蒸汽中加熱。某些情況下也利用空氣為氣體介質，僅因空氣是易得氣體介質，而無氧化目的。
工業中大量利用氧化和臭氧化進行造紙漂白和接枝聚合的纖維活化。處理通常在液體高濃度氧化劑和不高的溫度中進行，產物通常是親水的。美國專利4,459,174(Papageorges)介紹在80℃至150℃的鹼性介質中對化學和半化學纖維紙漿進行去木質化和漂白，及進一步在鹼性pH中以過氧化氫處理的過程。美國專利4,120,747(Sarge，III)介紹化學浸泡去纖維化及40℃-55℃中臭氧處理木刨花原料生產軟質親水吸附劑的過程。美國專利6,020,278(Gatenholm)介紹接枝聚合反應中臭氧在1 5℃-60℃作用90分鐘生產對水有高度親和力的混合纖維吸附劑。美國專利5,549,789(Atalla)介紹在polyoxometalate去木質化過程中或木漿漂白過程中溶解的木質素和多糖經過溼式氧化分解並除去有機揮發物和水分的過程。美國專利5,346,549(Johnson)介紹用氧化劑及電磁能如紫外在室溫處理造紙廢渣、灰渣及水的混合物生產環境穩定的建築材料。WO 88/09622(Olson)介紹氧化劑如過氧化氫在30℃-60℃處理甜菜以減少草酸和/或亞硫酸鹽的產生。
製備親水產物方面，有些技術在較低溫度下通過氧化疏水物質的表面達到親水目的。如美國專利5,369,012，把疏水表面暴露在低於100℃，最好低於40℃的原子氧或羥基自由基中，使有機疏水表面成為含親水羥基的親水表面。有些技術依靠加入或不加入交聯劑的加熱來進行。如美國專利5,137,537(Herron)，在120℃至280℃加熱5秒至2小時，將纖維素纖維與C2-C9多羧酸交聯劑加熱除去水分和引發交聯，形成含纖維內酯鍵的親水吸附劑，優選交聯劑為檸檬酸。美國專利5,709,774(Naieni)，不加交聯劑，在120℃至280℃加熱至少5秒鐘和常壓膨鬆，產生高纖維素類吸附劑。

發明內容
我們首先發現有些親水性植物材料可經中等溫度及有效空氣流的乾熱處理增強疏水性和親油性。進一步又發現熱處理效率可經活性氧如臭氧而增加，產品更加疏水親油。
本發明目標之一提供一系列新型、低價和快速反應的油類和碳氫化合物類的吸附劑。吸附劑應能方便地施用、回收和後處理，應有好的水上漂浮性以及吸附油類和碳氫化合物類後仍能在水上漂浮較長時間，應具有在水上對油類和碳氫化合物類的高吸附容量和高吸附保持力。目標之二提供在接觸水和部分吸水後仍具吸附油類和碳氫化合物類能力的高效吸附劑。目標之三提供既可用於吸附液相又可用於吸附氣相及固相中的油類和碳氫化合物類的吸附劑。如香菸煙氣和汽車尾氣的吸附，如油汙染土壤和海灘的處理。目標之四提供既可用於油類和碳氫化合物類，又可用於有毒金屬離子、放射性物質和其他汙染物的吸附劑。目標之五 既提供吸附劑又提供可用於其他領域的新材料，如絕緣材料、建築材料、填充材料、包裝材料、日用材料、一次性餐具材料、衛生用品、紡織品、動物墊料和褥料、土壤改良材料、生物親和層析填料、醫藥載體和食品等。目標之六確立一種簡單、低成本、無害又高效的過程生產疏水親油以及親水親油的產品和吸附劑。目標之七根據不同需要，利用天然親水材料生產具有不同疏水程度的產品。目標之八通過對原料的某種化學預處理，在產物中引入某些功能基團。目標之九提供可以大規模工業生產的一系列新型產品。產品可做一次性用品和吸附劑，使用後可被經濟安全地回收或丟棄。產品應環境無害、安全、穩定和可生物降解。目標之十利用可大量獲取的農林產物、植物、動物、甲殼類外殼等天然材料的整體或部分或衍生物及其廢物作為原料生產疏水親油或親水親油的產品和吸附劑。也可用上述原料的一級和二級產物作為原料進行製備產品和吸附劑。目標之十一提供可具各種物理形態的產品和吸附劑，如粉粒狀、墊狀、束狀、襪狀、柵欄狀、枕頭狀、紙、布、非織片、層析柱以及可用於連續工作設備的形態等，適於不同的需求。
本發明公開了一種改變天然材料的疏水/親水特性的帶有普適性的過程。該過程簡單、方便、有效、低成本和對環境無害。該氧化熱化學烘乾過程可引起天然材料中的成分，如纖維素、半纖維素、木質素、澱粉、果膠、幾丁質、蛋白質、多酚、腐植質及其混合物，被氧化和被部分分解，並據預處理的不同而得到疏水親油或親水親油的產物。天然材料包括範圍廣泛的生物材料、腐植物、礦物及其衍生物。例如木材、樹皮、葉、杆、莖、殼、皮、根、花、種子、豆類、草、髓、麵粉、海草類、海綿、甘蔗、甜高粱、甜菜、米、小麥、玉米、裸麥、大麥、燕麥、粟、麻、亞麻、薴麻、花生、油棕櫚、菸葉、茶葉、棉花、布、紙、紙箱、紙漿、城市有機廢物、庭園廢棄物、蘑菇培養基、羽毛、羊毛、毛髮、藻類、真菌類、細菌類、泥炭、褐煤、木炭、蝦蟹殼等。製備疏水親油或親水親油產品的過程包括在配備了氣流系統的熱化學對流設備中或窯式裝置中加熱溼潤的原料，加熱溫度80℃至700℃，優選溫度為110℃至300℃，加熱一定時間，其氣流系統中含有氧化介質如空氣或新鮮空氣與臭氧的混合物。下列一種或多種對原料的預處理如水煮沸浸泡、酸或鹼浸泡、機械膨化、加入可揮發試劑和冰凍可使產生疏水親油特性的效率進一步提高。相反，對原料進行碳酸鹽或重碳酸鹽的特別預處理則會導致親水親油產物的產生。在不同的氧化熱化學烘乾條件下對不同來源的天然材料進行處理將產生一系列具有不同程度的疏水親油或親水親油特性的產物。產物具有低成本、高效吸附、可生物降解、對環境無害和可以廣泛應用於不同領域的特點。那些具有迅速緊密結合油類、碳氫化合物類、有毒金屬離子、放射性物質、疏水汙染物和毒物能力的產品可被廣泛用於液相、氣相或陸上的吸附劑、載體和圍欄材料。那些具有防水、不吸溼、抗腐、抗真菌、抗菌、減震、阻燃、不變形、去木質化和親脂特性的產品可以廣泛地用於絕緣、建築、填充、日用、一次性餐具、包裝、衛生品、生物親和層析、動物墊料和褥料、土壤改良、紡織、醫藥載體和食品工業。那些提高了能量的產品可用於能源生產。在氧化熱化學烘乾過程中釋放出來的副產物可利用為化學品。親水親油產物則可被用於在尿布、婦女衛生品及工業吸附劑等領域。


圖1為運行本發明的設備簡圖。
具體實施例方式
製備本發明疏水親油產品或親水親油產品的過程包括在配備了氣流系統的熱化學對流設備中或窯中加熱溼潤的原料，加熱溫度80℃至700℃，優選溫度為110℃至300℃，加熱時間1分鐘至24小時，優選時間為5分鐘至10小時。氣流系統中含有氧化介質，如空氣或新鮮空氣與臭氧的混合物。
原料或初始材料為天然有機物質，包括含有多糖、異多糖、多酚、蛋白質、腐植質及其混合物等成分的範圍廣泛的生物材料、腐植物質、礦物質及其衍生物。
原料的物理形態會大大影響氧化熱化學烘乾過程的效率。當原料的結構和反應基團被最大程度地暴露於氧化介質和加熱溫度時，產生最佳效率。故小粒、細條或薄層是原料的優選物理形態。然而，當其他的因素諸如生產成本、成本效率比率以及終端產品在應用時的優選物理形態被綜合考慮時，原料的天然形態也許是首選。
由原料獲得的初級和次級成品如草袋、編織物、布、紙、一次性餐具、紙盒等也可用做製備的初始材料。廢物和成品可被用做初始材料使得本發明更加經濟實用。
原料可為乾燥態，但潮溼態更佳。因氧化熱化學烘乾過程對乾燥原料的處理效果較差。乾燥原料在氧化烘乾條件下加熱，其冒煙和著火的可能性比潮溼原料要大得多。乾燥原料所得產物的疏水性也增加有限。潮溼原料則既可大大降低加熱可能引發的冒煙和著火問題，又可引起膨化作用產生多孔結構以及延長加熱時間達到最佳程度的氧化。使原料潮溼還可促進自由基反應，該反應在氧化熱化學烘乾過程中可能起著改變親水和疏水特性的重要作用。精確控制原料的潮溼度看來並不重要。但原料含水分太多，需浪費能源蒸發水分。如果原料所含水分超過60～70％的重量百分比，最好通過機械方法如擠壓、離心和風乾除去多餘水分。預除多餘水分對於以下的原料預處理也很重要。
本文中，用於氧化熱化學過程中的術語「烘乾」描述原料從潮溼態經加熱形成終產物的水分丟失過程。在過程中，可以加入水分，只要最終結果是終產物所含水分少於初始材料即可。
氧化熱化學烘乾過程的時間長短取決於原料的本質、原料的物理形態、原料的處理量、氧化介質、溫度、氧化介質的循環速度以及是否應用了催化劑等因素。
用於氧化熱化學烘乾反應的熱化學對流設備或窯式裝置的具體類型並不重要，只要滿足下列條件即可達到所需溫度，有良好的氣體循環流通和提供氧化介質，使原料被迅速加熱到所需溫度進行氧化反應和排出釋放出來的水分及揮發性物質。
附圖1為本發明所用設備的簡示。對流烤爐2加熱元件4和渦輪風扇6。烤爐附有出氣孔(未顯示)使氣體物質溢出。烤爐配備一個敞開式樣品反應器8和反應器底部連接到正壓通風系統的氣體入口14，篩網10支承樣品12，使氧化介質均勻通過樣品。通風系統中受熱螺旋管16使通入的氧化介質氣體經烤爐加熱元件預熱後進入反應器。螺旋管的一端連氣體入口14，另一端連烤爐之外的通風系統部分即風管26。風管26順序連接到內置紫外燈18(254nm，實際功率5瓦)的管道，氣流計20和氣體發生器如空氣壓縮機22或其他氣體發生器24。氣流在0.25至10升/分鐘範圍內可調。
操作選擇在常壓中進行，如果需要可加壓。單爐、半連續或連續過程都可選用。其他加熱方式，如微波、高頻加熱和紅外均適用熱化學設備。高速熱氣流加熱乾燥材料的閃幹法也可適於本發明。
氧化介質是氧化熱化學烘乾過程中原料被暴露的環境。氧化介質可為氣態也可為液態，例如空氣、氧氣、臭氧、過氧化氫或在氧化條件下任何可以釋放氧化劑或高活性氧自由基的物質。在溫度250℃以下的較佳氧化介質為新鮮空氣和臭氧的混合物，在該溫度範圍內臭氧的分解速度尚不太快。在溫度270℃(518°F)，臭氧被迅速分解成氧氣。在溫度250℃以上時則優先使用氧化介質如空氣、空氣與氧氣混合物、液體氧化劑或其他熱穩定氧化劑。
整個氧化熱化學烘乾過程中使用乾燥氧化氣體較佳。在過程的前期使用溼氧化氣體，後期使用乾燥氧化氣體如蒸汽與臭氧的混合物也是不錯的選擇。加熱過程中如果原料易冒煙、易燃燒、易被破壞或產品需要較強的機械強度，則宜用兩步氧化，即先用溼氧化的溼法加熱，延長溼法加熱時間，再用幹氧化的幹法加熱。
原料應最大限度地與氧化介質接觸以增強相互作用，增加反應速度和減少達到最佳氧化結果所需的時間。通過引入催化劑，可提高氧化效率。催化劑如金屬鐵和氧化鐵可加快氧化反應和縮減氧化所需時間。
可以改變氧化熱化學烘乾過程的條件以處理不同的原料。這些改變包括(1)在不同階段提供不同的氧化介質；(2)在處理前期當原料潮溼時使用高濃度氧化劑，在後期改用低濃度，反之亦然；(3)在處理前期當原料潮溼時用較高溫度，在後期改用較低溫度，反之亦然。
本發明的優點之一是其處理過程可將原料中可能含有的一些化學物質或生物毒素解毒或變性。當有機廢物或細菌體被利用為原料時或當原料被汙染時，該優點尤為實用。本發明所得到的產物和吸附劑的無毒安全性遠遠優於其原料。
在高溫範圍利用純臭氧或濃縮氧氣具有燃燒和爆炸的危險性。導致氣態臭氧爆炸的原因有震動波、電火花、熱或強閃電。引起純液態臭氧和濃縮液氧爆炸的原因有雜質、溫度突變、壓力、熱、電火花及機械震蕩。本發明所用臭氧濃度較低，減少了燃燒和爆炸的可能性。
為提高氧化熱化學烘乾過程的效率，原料最好經過下面一種或多種預處理。原料預處理的目的是膨脹，增加表面積，發展多孔結構，弱化和破壞氫鍵，產生無定向區域，增加反應性以及部分破壞原始結構，最大限度地將反應基團暴露在氧化熱化學烘乾反應介質中。
沸水預處理原料置於煮沸的自來水中1至30分鐘後，除去多餘水分。一些熱溶解成分被除去。
酸溶液預處理原料與毫克分子濃度至克分子濃度的單一酸或混合酸混合，例如檸檬酸、醋酸、甲酸、草酸、乳酸、磷酸和植酸。鹼溶液預處理，例如用飽和石灰水和5％氫氧化鈉溶液也可，但效果不如酸溶液好。酸鹼預處理後提高疏水性。
機械膨脹預處理原料經膨脹技術進行膨脹，包括幹法膨脹和溼法膨脹。此預處理可產生多孔結構，破壞分子內和分子間的氫鍵以及使原料暴露出更多的反應基團。
可揮發試劑預處理原料經可揮發試劑溼潤，如乙醇、丙酮、正庚烷、正戊烷和異戊烷。此預處理可導致膨脹和暴露。
冰凍預處理原料置0℃至-195℃的低溫冰箱或與液氮混合一段時間，取出進行氧化熱化學烘乾反應。冰凍過程中形成的晶體結構對氧化熱化學烘乾處理過程較為敏感。迅速的加熱有助於使原料變性。
很多化學試劑曾被用來對原料進行預處理試驗，結果發現大部分對產品的疏水/親水特性有很小或有限的影響。因此，本發明的一個優點是含有複雜的無機物和有機物的廢物或汙染物例如廢紙漿可直接作為原料，省略了昂貴的清洗。
預處理與氧化熱化學烘乾處理的組合可將某些功能基團引入一些特殊產品。例如，利用攜帶功能基團的化學預處理如硫酸、硝酸、磷酸、植酸、檸檬酸、EDTA和甲醛，可將功能基團引入產品，使具特殊功能，如具離子交換功能。
氧化熱化學烘乾處理過程使親水物質轉變成疏水物質的原因尚不清楚。與臭氧相關的氧化作用可能包括兩個過程，即直接臭氧攻擊過程和羥基自由基反應過程。直接的臭氧分子的消耗速度依賴於pH值。低pH值和高濃度碳酸鹽或高濃度重碳酸鹽促進直接的臭氧分子攻擊。羥基自由基過程中臭氧的消耗依賴於自由基陷阱、液體環境、pH值和直接消耗的臭氧量。羥基自由基是間接攻擊反應，偏愛在高pH值、低濃度自由基清除劑、和在有活化物質如過氧化氫或紫外光誘導水中臭氧分解的情況下進行。有跡象表明羥基自由基過程在本發明中可能扮演一個重要的角色。潮溼原料，提供了一個溼環境，十分有利於羥基自由基過程的發展。另外，氧化反應較易發生在原料的無定向區域。因此，可促使產生無定向區域和暴露更多反應基團的預處理過程更被推薦。產物的疏水性質可能與產物中兩種成分有關，即可提取成分和被修飾成分。可提取成分是可被有機試劑抽提且分子量較小的成分，絕大多數分布在產物表面形成疏水層。被修飾成分是被氧化了的、已部分降解但仍很大的分子，形成了產物的疏水骨架。在氧化熱化學條件下，原料被非特異性修飾和部分降解造成該高分子產物的高度穩定性。基本的氧化降解反應是主要架構中羥基的丟失以及水和二氧化碳的分裂產出。在該反應的同時，氧化產物的親水性逐步降低。雖然原料中大部分的初始可提取成分在處理過程中可能已揮發，但原料的主要成分在處理過程中也逐漸轉變成被修飾成分和包括各種可揮發物在內的可提取成分。例11中的樣品16為350°F(177℃)中將木屑加熱2小時得到的棕色疏水親油吸附劑。在氧化熱化學烘乾過程中顏色的變化，是包括生色基團如共軛碳-碳雙鍵和羰基在內的降解產物形成的結果。氧化反應和熱化學反應這兩個因素都應該是產生疏水親油產物的重要原因。例11中的樣品17為250°F(121℃)中加熱木屑6.5小時得到的顏色近似於原料的吸附劑。在較低溫度中進行氧化熱化學烘乾也可以產生疏水成分，說明疏水成分不一定只在大量降解或烘焙或碳化的反應中才產生。在這種較低溫度的加熱過程中，氧化反應是決定性因素，而沒有或幾乎沒有降解、烘焙或碳化反應的發生。在較高溫度的加熱過程中，氧化反應明顯加速，並伴隨大量的降解反應。溫度越高，則氧化速度越快和降解速度越快。有理由相信大部分氧化反應發生在材料表面。氧化反應被認為是產生疏水特性的最重要來源。溫度有助於加速氧化效率，先溼後幹的環境主導了氧化反應的方向。
雖然幾乎所有的化學和物理的預處理方法在氧化熱化學烘乾過程中或多或少皆導致疏水親油性能的增強，然而利用毫克分子濃度碳酸鹽或重碳酸鹽進行的預處理卻產生了不同的結果，即明顯的親水能力的增加。此現象的理論解釋尚不清楚。在利用臭氧為氧化介質的過程中，此現象可能與臭氧分解的自由基鏈式反應的抑制有關。碳酸鹽和重碳酸鹽是已知的自由基反應的抑制劑和自由基清除劑，可消耗OH自由基。碳酸鹽或重碳酸鹽作為自由基清除劑，可能因穩定臭氧而導致兩個結果(1)更多的臭氧可用於直接反應和選擇性反應；(2)較少OH自由基誘導的氧化反應會發生。因此，碳酸鹽或重碳酸鹽參與的反應可能會影響氧化反應的性質。重碳酸鹽是著名的發酵粉和除味劑。本發明發現了碳酸鹽和重碳酸鹽的新用途，並提供了一個具普遍意義、低成本的過程利用天然的原料來製造親水親油產品。產品具微鹼性，此性質對貯存過程有益，可防蟲。產品經進一步中和或不經中和處理後，可用作吸水紙、吸水材料、衛生用品、動物墊鋪材料和各種工業吸附劑。
氧化熱化學烘乾過程中條件的差異，如原料、預處理、臭氧濃度、新鮮空氣與臭氧的比例、空氣流速、溫度、升溫速度和加熱時間的不同，皆造成不同的製備方向、不同的效率和不同的疏水程度，並使本發明可生產一系列疏水親油或親水親油的產品。
本發明的疏水親油吸附劑具高吸附速度、大吸附容量和對油類及碳氫化合物類良好的保持能力。產品吸附速度以分秒計。在水面上每公斤吸附劑可吸附2至35升油，並保持漂浮狀態。
本發明的疏水親油吸附劑具低密度、高疏水性和一定的機械強度。吸附劑在水中保持著吸附能力並可在水面上漂浮相當長的一段時間，因此可被方便地收集、再生和後處理。
本發明的疏水親油吸附劑與水接觸並被部分水飽和後仍具有吸附油類及碳氫化合物類的能力。在已被部分水飽和的吸附劑中加入油時，油還可置換出部分水分而被吸附。吸附劑與水振搖後，其吸油能力隨時間的延長而下降。
本發明的疏水親油吸附劑被施用在漂浮著粘稠重油(如原油)的水面上時，所產生的吸附劑-油-水的聚集物粘稠度變小。該聚集物可較方便地從現場被移走。
本疏水親油吸附劑也可高容量吸附乳化油，然而卻不能吸附已經混和了表面活性劑的油。
本疏水親油吸附劑在pH1～10，0～30％氯化鈉和0°～100℃的環境中仍保持較好的吸油力和疏水力。故本吸附劑可用於現場油汙清理，如海上溢油的清理。
本發明的吸附劑疏水親油，對油類如汽油、柴油、煤油、發動機油、石蠟油、原油、重油、canola油、玉米油等具有優良的親和能力，對於其他碳氫化合物類也有很好的吸附能力，如丙酮、乙腈、苯胺、苯、丁醇、二硫化碳、四氯化碳、氯仿、環己烷、二氯甲烷、二乙醇胺、二噁英、乙醇、乙醚、乙二醇、甲醛、庚烷、己烷、己烯、異丁醇、異丙醇、煤油、甲醇、戊烷、石油醚、苯酚、丙醇、丙烯醇、四氫呋喃、甲苯和二甲苯。吸附劑還可廣泛地吸附化學物質諸如人工合成油類和燃料、冷卻劑類、溶劑類、油漆類、芳香族化合物類、硫化物類、藥品類、聚合物類、殺蟲劑類、殺真菌劑類、殺草劑類和放射性物質等。當密度大於水的碳氫化合物，例如苯胺、苯甲酸甲酯、苯乙醇、四氯化碳、二乙醇胺、鄰苯二甲酸二甲酯和乙醯乙酸乙酯與水相混時，該類碳氫化合物沉入下相。將吸附劑施加在水相的表面並搖動，吸附劑會迅速降到下相併吸附化合物。
本疏水親油吸附劑對氣相中的油類和碳氫化合物類有吸附效果，例如用於香菸煙氣過濾、汽車尾氣過濾以及對室內有害氣味如甲醛、硫化氫、硫醇類和氨氣的清除。本吸附劑也應對高親脂性毒素如二噁英有很強的吸附。
本疏水親油產品也能清除在土壤、沙、水泥地、石塊、草地、容器、手、甲板、海灘和海岸等地點汙染的油類和碳氫化合物類。例如，清除油汙染海灘可通過在被汙染區域覆蓋吸附劑一段時間。結合了油汙的吸附劑隨後被水漂浮起來，利用機械方式收集即可。
本疏水親油吸附劑具有一定的吸附有害金屬離子和其它毒素的能力。對於無機重金屬離子例如鉛和汞的結合能力是每克吸附劑可吸附約1mg Pb2+和約1mg Hg2+。
由於本疏水親油或親水親油吸附劑具有低成本、高效以及可廣泛應用的特點，它們至少在某些領域中可以部分取代被廣泛應用但昂貴的活性炭和活性碳纖維或與之共同應用。此外，本發明的產品可與其它商業吸附劑共用，和/或與其它非吸附過程共用，以獲得對不同濃度的各類汙染物的最大清除效率。
本發明的產品可按任何所需的物理狀態進行製備，如微粒、顆粒、丸、細絲、板塊、自然原始狀態、大塊、席、墊、襪、卷、柵欄、枕頭、毯、線、繩索、紙、布、非編織片、薄層、膜和裝柱等。
本發明的吸附劑來源於不同的天然原料，具有不同程度的吸附和吸收功能。例如，由切成節段的稻草所生產的吸附劑，在氧化熱化學烘乾過程後進行粉碎，其吸附容量比非粉碎狀態的提高50～100％。相反地，由葉和殼原料製備的吸附劑的尺寸大小對於吸附效率影響不大。本發明的氧化熱化學烘乾過程對於吸附劑的吸附和吸收功能皆有改善作用。某些類型的原料在吸附改善方面優於吸收，而另一些類型的原料在吸收改善方面優於吸附。因而，由一種或多種不同原料來源組成的複合吸附劑，配合以其它吸附劑和/或有某種功能基團的其它吸附劑，將十分有用。
本發明的另一個優點是可以在氧化熱化學烘乾過程中對混合來源的原料同時進行處理。不同來源的原料含有不同的起始的可抽提成分，在製備過程中又產生不同的可抽提成分。為最大限度地發揮被處理材料中可傳遞散布的可抽提成分的疏水效能，可對混和的原料進行製備。此優點在原料中含有高度疏水和高含量可抽提成分時尤為突出。
當吸附劑被油或碳氫化合物所飽和後，可通過對吸附劑-被吸附物混合物進行擠壓、真空或離心等方法回收被吸附物。
本產品可用作一次性使用吸附劑，使用後通過焚燒、填埋和生物降解等經濟安全的方法給予處理。使用後的吸附劑也可再生回用，其處理方法類似於氧化熱化學烘乾法。
本產品可用於食品工業。由含木質纖維素的纖維材料所製備的產品，經氧化熱化學烘乾過程尤其是在較高溫度處理後，被去木質化。可用於人類和哺乳動物的食品和飲食纖維。產品也由於其食用安全性，可在食品生產過程和烹調區域中吸附多餘的脂肪和油脂。
本產品可做載體材料，緩慢釋放所吸附的疏水親脂物質，如做藥物載體、殺草劑載體、殺蟲劑載體和肥料載體。
如圖所示的生產設備可以安裝在機動車上對所需產品進行方便、現場的供應，適於因交通不便等原因而不能得到商品供應的地區。
本產品安全、穩定並能很快生物降解。其生產過程、使用和後處理皆是環境無害和環境友好的。氧化後的產品在生物降解速度方面優於其原料。
舉例以下實驗方法應用於各舉例中。
(a)吸水率和沉降率試驗 定量的產品置於有蓋瓶的水中劇烈搖動10～30秒鐘，使產品與水充分接觸。靜置片刻至分層穩定。記錄在不同時間段沉底的產品所佔比例。每次記錄前皆經過大力搖動。試驗結果顯示疏水/親水性質。迅速吸水以及短時間內高比例的沉降率表明較強的親水性質，緩慢吸水及長時間低比例的沉降率表明較強的疏水性質。
(b)吸油試驗將定量的廢機油傾倒在水面上，然後把定量的吸附劑置於油上並使其自然吸油片刻，輕攪使吸附劑充分與油接觸。所加入的油足以使吸附劑完全飽和。油飽和材料用篩網撈起，懸空靜置5分鐘瀝掉多餘的油。測量未結合油的總體積或稱重油吸附劑。油吸附容量以每克幹吸附劑吸附油的毫升數或克數進行計算。此試驗表明產品的親油性質。
(c)短暫水接觸後的吸油試驗 定量的吸附劑與水攪拌10～30秒鐘使吸附劑與水接觸至完全溼潤。靜置半分鐘後邊加入廢機油邊攪拌直至吸附的最大容量。記錄所加廢機油的總體積。油飽和材料用篩網取出，懸空靜置5分鐘瀝掉未結合油。測量未結合油的體積。油吸附容量以每克幹吸附劑吸附油的毫升數進行計算。此試驗表明產品的疏水親油性質。
例1.基礎氧化熱化學烘乾條件下製備的各種疏水親油吸附劑收集一些原料，如木屑、竹屑、草、花生殼、竹葉、玉米葉、玉米稈、玉米穗、菸葉、稻草、蔗渣、甜高粱渣、茭白莖、蘆葦、脫脂棉、松針、紙箱、布、稻殼、豆莢、椰棕、泥炭、頭髮、紙和海綿，不經過任何預處理，在無空氣對流、無鼓風，無臭氧條件下，250°F(121℃)預熱烘箱中加熱4～7小時。所有材料在處理後比處理前有水上漂浮性能的明顯改善。然而，這些材料在水上長時間漂浮率尚未達到滿意的效果，在短時間接觸水後的吸油能力也只有很少的提高。例如，由木屑製備的產品與水大力攪動後，其漂浮物的吸油能力小於1ml/g，對照試驗中未經處理的木屑則沒有吸油能力。
例2.酸或鹼預處理原料於室溫在酸或鹼溶液中浸泡30分鐘。撈出原料並用手擠幹，在例1的條件下製備。其中經5～10％氫氧化鈉浸泡的原料需水洗滌後才進行熱處理。所試原料有木屑、木刨花、紙箱、廚房用紙、稻草、泥炭、花生殼、椰棕、樹葉、蔗渣、甜高粱渣、豆莢、玉米稈、棉花、草等。所試酸有檸檬酸、醋酸、乳酸、草酸、蘋果酸、甲酸、硝酸、磷酸和植酸，濃度50～250mM。所試鹼有飽和石灰水、5～10％氫氧化鈉。所有被試產品與例1的對應產品相比較，在水上吸油方面皆有改進。經酸預處理的產品的pH為5～6，經鹼預處理的產品的pH為7～8。很多種酸和鹼對提高處理效果皆有幫助。
例3.空氣對流和較高溫度按照例1的條件，但原料經過0.2M醋酸預處理，在有空氣對流的情況下350°F(177℃)加熱4～5小時。所試原料有木屑、竹屑、草、花生殼、玉米葉、玉米稈、玉米穗、菸葉、茶葉、稻草、大蒜皮、蔗渣、甜高粱渣、茭白莖、松針、棕、亞麻、薴麻、紙箱、布、捻碎棉子、稻殼、豆莢、椰棕、頭髮和紙。所有被試產品與例1的對應產品相比較，皆有吸油能力的一定改善，水上漂浮能力的明顯改善和短時間與水接觸後吸油能力的明顯改善。改善程度最大的產品有木屑、玉米穗、椰棕、菸葉、草、蔗渣和甜高粱渣。例如，由木屑製備的產品與水大力攪動後，其漂浮物具有3.5ml/g的吸油能力。
實驗表明(1)經空氣對流和較高溫度處理後，吸油能力有一定提高，水上漂浮能力和短時間與水接觸後的吸油能力有顯著提高；(2)渦輪式空氣對流加熱快且均勻，較少產生過熱點。在此條件下輸入更多的氧氣和提高溫度並不增加冒煙和著火的危險性；(3)較高溫度的處理具有使溼潤原料膨脹的功效。
例4.沸水預處理原料在沸水中煮10～30分鐘。傾去熱水，用手擠幹原料，泡入0.2M醋酸溶液中30分鐘，用手擠幹。經過水煮和0.2M醋酸浸泡的原料在例3的條件下進行處理。所試原料有木屑、木刨花、菸葉、蔗渣、甜高粱渣和草。所有被試產品與例3的對應產品相比較，皆有水上漂浮能力的明顯改善。例如，將木屑製備的產品與水大力攪動，室溫下靜置150分鐘，分別收集漂浮物和沉降物並測定體積。漂浮物與沉降物的體積比為50∶2，即96％的產品漂浮。
實驗表明(1)水煮是經濟有效的預處理方式，尤可增強產品的疏水性；(2)天然材料中的某些可溶於熱水的未知物質可能阻礙疏水物質的形成。
例5.膨脹劑預處理原料以20～50％(w/w)單一或複合膨脹劑溶液溼潤，置於密封容器中1～2小時，然後不經酸預處理在例3的條件下進行處理。所試原料有木屑、蔗渣和甜高粱渣。所試膨脹劑有乙醇、丙酮、正己烷、正庚烷、正戊烷和異戊烷。所有被試產品與例3的對應產品相比較，不僅有水上漂浮性的明顯改善，而且有短時間與水接觸後吸油能力的明顯改善。例如，400ml幹木屑以10ml 95％乙醇、25ml正己烷和20ml水的混合液溼潤後置室溫密封1小時，在350°F(177℃)的空氣對流烤箱中加熱3小時。製得的產品與水大力攪拌，產品百分之百地漂浮在水上。30分鐘後，該水溼產品有5ml/g乾材料的吸油能力。
例6.冰凍預處理水溼後的木屑放入-20℃或-72℃凍箱中1～2小時，或加入液氮。該冰凍原料在350°F(177℃)的空氣對流烤箱中加熱4.5小時。所有被試產品與例3的對應產品相比較，不僅有水上漂浮性的明顯改善，而且有短時間與水接觸後吸油能力的明顯改善。例如，以液氮預處理製得的木屑產品與水大力攪拌後，室溫放置90分鐘，98％的樣品保持漂浮，其吸油能力為3ml/g乾材料。
例7.空氣暴露與疏水性的關係幹木屑用鋁箔紙包住埋於沙中，在325°F(163℃)，空氣渦輪對流、正壓空氣流和臭氧條件下加熱4小時。對暴露的幹木屑進行同樣處理作為對照。發現暴露的產品其短時間與水接觸後的吸油能力為3.5ml/g，而包埋的樣品僅為2.6ml/g。
例8.過氧化氫預處理幹木屑以3％(w/v)過氧化氫溼潤後在例3的條件下處理4小時。水溼木屑做為對照。過氧化氫預處理過的產品在短時間與水接觸後的吸油能力為4.5ml/g，而水溼產品為3.5ml/g。
例9.不同氧化熱化學烘乾條件下製備的疏水親油木屑產品稱取多份風乾的木屑63克，以乾燥、水溼和水煮三種形式分別在300°F和350°F(149℃和177℃)加熱不同時間，製備出一系列的疏水親油吸附劑(樣品2～11)。取氧化熱化學烘乾過程中的影響因素如空氣對流、正壓空氣流和臭氧供應為變量，其它因素則保持不變。樣品1為未經處理的木屑對照。樣品2～6為乾燥木屑，在350°F長時間加熱易冒煙或著火。樣品7～9經水溼和水煮，處理前用手擠幹。樣品9的顏色比其它樣品要淺。樣品1～11皆經親油、疏水和疏水親油測試比較，結果見表1和表2。
表1.樣品1～11的吸油能力和短時間與水接觸後的吸油能力

實驗表明(1)原料的含水量是製備的重要影響因素。應避免在較高溫度中處理乾燥原料；(2)乾燥的木屑是否經過熱處理對吸油能力沒有影響；(3)水溼處理材料的吸油能力高於乾燥處理材料；(4)乾燥或水溼木屑經過熱化學烘乾過程後的疏水親油能力明顯優於未經處理的對照樣品；(5)臭氧條件下製備的水溼和水煮木屑產品的疏水親油能力比非臭氧條件下的對照有明顯提高；(6)水溼處理材料的疏水親油能力高於乾燥處理材料；(7)水煮處理材料的疏水親油能力高於水溼或乾燥處理材料。
表2.樣品1～11經水振蕩後不同時間的沉降率

實驗表明(1)吸水率和沉降/漂浮比例是較好的疏水或親水性質的指徵；(2)乾燥或水溼木屑經過熱化學烘乾過程後的疏水性能明顯優於未經處理的對照樣品；(3)臭氧條件下製備的木屑產品的疏水能力與非臭氧條件下的對照無區別；(4)在較高溫度中，乾燥原料冒煙和著火的危險大大高於水溼和水煮原料。然而在較低溫度中，乾燥原料可處理較長時間，既降低了危險又給予較高的疏水性；(5)水溼處理材料的疏水能力明顯高於乾燥處理材料；(6)水煮處理材料的疏水能力明顯高於水溼或乾燥處理材料。
例10.不同條件下用碳酸鹽和重碳酸鹽製備的親水親油材料樣品1225克幹木屑與30ml 0.15M碳酸鈉混合後放入325°F(163℃)烤箱，渦流對流，正壓空氣流和臭氧中處理90分鐘，產品淺棕色，pH7～8。樣品13～15∶25克幹木屑或紙箱或蔗渣與45ml 0.3M碳酸鈉混合後放入325°F(163℃)烤箱，渦流對流條件中1.5～2小時，產品淺棕色，pH10～11。樣品12～15與未經處理的對照相比，皆顯示出快得多的吸水特性，同時也顯示出良好的吸油特性。
例11.處理效率依賴於加熱溫度樣品162％醋酸預處理的木屑原料在350°F(177℃)，渦流對流，正壓空氣流和臭氧條件下處理2小時。產品棕色。產品與水大力攪拌，漂浮物有5.5ml/g的吸油能力。樣品172％醋酸預處理的木屑原料在250°F(121℃)，渦流對流，正壓空氣流和臭氧條件下處理6.5小時。產品的顏色類似於未經處理的木屑原料。產品與水大力攪拌，漂浮物有2.7ml/g的吸油能力。
實驗表明(1)處理過程的溫度範圍較廣。較高溫度中處理短時間的效果優於較低溫度中處理長時間；(2)較低溫度中得到的淺色產品的疏水親油能力尚不錯，提示焦化反應不是產生疏水親油物質的必要條件。
例12.處理效率依賴於加熱時間兩份水溼樹葉原料在350°F(177℃)，渦流對流條件下分別處理2小時和5小時。產品與水大力攪拌，室溫靜置12小時。再次大力攪拌後靜止分層，比較漂浮的比例。5小時處理的產品仍有40％漂浮率，而2小時處理的樣品僅有10％漂浮率。
例13.已吸附水被油取代取5克例11中樣品16，與水攪拌，撈出用手擠幹。此水溼樣品(16.9克)與30ml廢機油混合後發現吸油現象和部分水被逼出。五分鐘後共收集3.5克水。結果分析樣品水溼後含水量為2.38g水/g，加入油後的含水量為1.68g水/g，約30％的已吸附水被油取代。結論被疏水親油吸附劑所吸附的水分可被油部分取代，疏水親油吸附劑對油的親和力大於對水的親和力。
例14.疏水親油產品中的可抽提揮發物質實驗1一塊鋁箔與原料一起置於反應烤箱中，經過較高溫度的反應過程後鋁箔表面覆蓋了一層黃褐色物質。用下列溶液測試該物質的溶解性水、異丙醇、汽油、過氧化氫、Esso機油、Vim清潔劑和Sunlight洗碗液。發現異丙醇是唯一的能溶解該覆蓋物質的溶劑。該物質部分溶於水，而完全不溶於汽油和Esso機油。此結果提示該覆蓋物是既疏水又親水的。
實驗2下列混合物於室溫中振搖6天(1)20克例9中樣品10與300ml70％異丙醇；(2)20克例9中樣品10與300ml水；(3)20克未處理木屑與300ml水。另外，20克未處理木屑與(1)中用過的異丙醇振搖30分鐘。收集以上四個木屑樣品，用手擠幹，在200°F(93℃)、渦流對流條件下乾燥2小時。該較低溫度為乾燥而設計，並非為產生疏水親油物質。短時間與水接觸後的吸油率是異丙醇處理後的樣品10為3.0ml/g，水處理後的樣品10為3.7ml/g，用過的異丙醇處理後的木屑對照為0.5ml/g以及水處理後的木屑對照為0ml/g。
實驗表明(1)異丙醇可溶解氧化熱化學烘乾過程中產生的部分揮發性物質；(2)水飽和後的疏水親油吸附劑，其喪失的吸油能力可經低溫乾燥過程得以恢復；(3)可抽提揮發物質在疏水和親油性質中起重要作用。然而，可抽提揮發物質不是造成疏水親油性質的唯一原因，甚至不是最主要的原因。
例15.與顆粒大小相關的吸附在研究中曾發現用木屑細粉製備的產品比木屑粗粉製備的產品易於沉入水中。提示細粉可能具有較差的疏水性或易失去疏水性。
實驗1分別以14、28和60目的篩子篩分例16碎樹皮製備的樣品。對所收集的4種不同大小的樣品進行測定。在顆粒大於60目的情況下，當顆粒逐漸從小變大時，吸油能力和短時間與水接觸後的吸油能力逐漸減弱，分別從3.0降低到1.2ml/g和從2.0降低到0.8ml/g。在顆粒小於60目的情況下，其吸油能力和水上漂浮性皆比28和60目之間的顆粒要差。
實驗2對例3中製備的一些樣品進行粉碎，這些樣品包括草、花生殼、玉米葉、玉米稈、菸葉、茶葉、稻草、大蒜皮、蔗渣、甜高粱渣、茭白莖、松針、稻殼、豆莢和椰棕。測定粉碎樣品的吸油率並與未粉碎樣品進行比較。發現粉碎的莖稈類樣品有20～100％的吸油率增加，而其他類型的樣品無吸油率的增加甚至有減少。
實驗表明產品的顆粒尺寸大小對其吸油容量有重要的影響。較小尺寸的或薄層的樣品通常有較好的結果。但太細反而引起吸附力下降。
例16.不同的原料所製備的疏水親油產物27種不同的原料在對流、正壓空氣流和臭氧條件下，300～400°F處理不同的時間。測定吸油率(OS)以及短時間與水接觸後的吸油率(OSW)如下(1)脫脂棉，水溼，350°F中4.5小時。OS30～32ml/g，OSW12～14ml/g；(2)甘蔗，去皮，經嚼，水煮，375°F中2.5小時。OS10ml/g，OSW7.5ml/g；(3)樹皮，碾碎，水溼，375°F中2小時。OS2.0ml/g，OSW1.2ml/g；(4)椰棕，碎，水溼，375°F中2小時。OS8ml/g，OSW7ml/g；(5)草，水煮，350°F中2小時。OS7～8ml/g，OSW4～5ml/g；(6)木棉纖維，水溼，350°F中5小時。OS30～32ml/g，OSW20ml/g；(7)苔蘚，水煮，350°F中2小時。OS6～7ml/g，OSW4～5ml/g；(8)花生殼，水溼，350°F中3小時。OS2.5ml/g，OSW0.5ml/g；(9)松針，水溼，350°F中2小時。OS3.3ml/g，OSW1.2ml/g；(10)蘆葦，切短，水溼，375°F中3小時。OS9.0ml/g，OSW8.5ml/g；(11)海帶，水溼，350°F中1小時，比未處理海帶有疏水性提高；(12)甜高粱，去皮，經嚼，水煮，375°F中2.5小時。OS18ml/g，OSW14ml/g；(13)菸葉，水溼，375°F中2小時。OS8ml/g，OSW6ml/g；(14)茶葉，水煮，350°F中2小時。OS5～13ml/g，OSW2～8ml/g；(15)未知野生灌木，切短，水溼，350°F中2.5小時。OS6～7ml/g，OSW5ml/g；(16)茭白莖，新鮮，切短，375°F中4小時。OS10ml/g，OSW8ml/g；(17)木刨花，水煮，350°F中4.5小時。OS6ml/g，OSW5ml/g；(18)瓊脂粉，水煮，350°F中1小時，比未處理對照有疏水性提高；(19)Nestle咖啡粉，幹，350°F中1小時，比未處理對照有疏水性提高；(20)麵粉，幹，375°F中25分鐘及350°F40分鐘，比未處理對照有疏水性提高；(21)泥炭，Sunshine，水溼，350°F中90分鐘。OS8.0ml/g，OSW4.3ml/g；(22)紙板箱，碎，水煮，350°F中2小時。OS3.5ml/g，OSW0.8ml/g；(23)黃豆，水中充分膨脹後磨碎，350°F中2.5小時。OS3.0ml/g，OSW2.0ml/g；(24)雞蛋清，350°F中4小時，比未處理對照有疏水性提高；(25)蝦殼，粉碎，水溼，375°F中2.5小時，比未處理對照有疏水性提高；(26)木炭，碎，水溼，350°F中60分鐘和400°F中15分鐘，比未處理對照有疏水性提高；(27)布(50％棉，50％聚酯)，水溼，375°F中2小時，比未處理對照有疏水性提高。
例17.對有機物的吸附取例3木屑產品2.5克在15ml有機物與200ml水的混合物中進行各類油和有機物的吸附測定。所測油類和有機物包括汽油、發動機油、石蠟油、原油、canola油、玉米油、冷卻液、油漆、丙酮、苯胺、苯、四氯化碳、氯仿、環己烷、二氯甲烷、二乙醇胺、乙醇、乙醚、甲醛、庚烷、己烷、異丁醇、異丙醇、甲醇、戊烷、石油醚、苯酚、丙醇、丙烯醇、四氫呋喃、甲苯和二甲苯。吸附劑對所有被測有機物皆有很好的吸附。當密度大於水的碳氫化合物例如苯胺、苯甲酸甲酯、苯乙醇、四氯化碳、二乙醇胺、鄰苯二甲酸二甲酯和乙醯乙酸乙酯與水互混時，該類碳氫化合物沉入下相。水面上施加吸附劑並搖動，吸附劑迅速降到下相併吸附化合物。實驗表明本吸附劑可吸附密度小於或大於水的很多有機物，可用於工業汙水處理。
例18.對有毒金屬離子的吸附以改良的二硫腙方法測定重金屬離子濃度。
實驗1取例3的甜高粱渣產品1克，與50ml 20μg Pb2+/ml溶液振蕩4小時，Pb2+濃度降至8.8～9.0μg/ml。鉛離子的清除率為55％。
實驗2取例3的甜高粱渣產品1克，與50ml 20μg Hg2+/ml溶液振蕩30分鐘，Hg2+濃度降至4.8μg/ml。汞離子的清除率為76％。
實驗3取例3的甜高粱渣產品1克，與50ml 20μg Hg2+/ml和5ml廢機油的溶液混合振蕩30分鐘，Hg2+濃度降至10μg/ml，機油則全部被吸附。汞離子的清除率為50％。
實驗表明本吸附劑可從汙水中、甚至從含油汙水中吸附有毒金屬離子。
例19.不同環境下吸附劑的應用實驗1.乳化油的吸附將廢機油與水大力振蕩2分鐘製得部分乳化的油。取例9中的樣品7進行吸附測定，對乳化油的吸附為3.5ml/g。
實驗2.洗滌劑中油的吸附取樣品7分別在肥皂液和洗碗液中進行油吸附測定，發現吸附力全失。
實驗3.不同pH中油的吸附取樣品7分別在0.5％醋酸、5％醋酸、10％碳酸氫鈉和0.1M氫氧化鈉溶液中進行油吸附測定，吸油率分別為4.0、3.3、4.0和1.5ml/g。
實驗4.高濃度氯化鈉中油的吸附取樣品7分別在5％和30％氯化鈉溶液中對部分乳化油進行吸附測定，吸油率分別為3.5和3.2ml/g。
實驗5.不同溫度下油的吸附取樣品7分別在沸水和冰水中進行油吸附測定，吸油率分別為3.0和4.0ml/g。
實驗表明(1)本疏水親油吸附劑對乳化油有很好的吸附力；(2)洗滌劑存在的情況下吸附劑失去吸油力；(3)吸附劑可在很多環境條件下應用。
例20.快速柱應用實驗1取例16的草產品15克，裝入直徑3.7cm長28cm柱中，棉紗布墊底。大力振蕩25ml廢機油與100ml水2分鐘，製備部分乳化油。部分乳化油倒入柱中。液體在以秒計的時間裡通過柱子。流出液為高度稀釋乳狀液。
實驗2取例16的草產品150ml，裝入500ml層析柱中。柱中再裝填例16的甘蔗渣產品150ml和例3的木屑產品100ml。向柱中傾倒50ml廢機油與200ml水的混合物。水迅速通過柱體。流出液無油跡。隨後的兩天觀察中也無油從柱中滴下。
實驗3取例16的草產品15克，裝入直徑3.7cm長28cm柱中，棉紗布墊底。加熱200ml肉湯與50ml烹調油的混合物，倒入柱中。水迅速過柱。流出液無油跡。
實驗表明(1)本產品用於柱層析是快速高效清除汙水中油和乳化油的方法；(2)本產品用於柱層析可處理食品工業和餐飲業產生的油膩熱水。
例21.水面上的油清除實驗1取例11中350°F製備的木屑產品裝入棉紗布袋，又取例16的草、樹葉和甘蔗渣產品分別裝入塑料網袋中。上述袋裝吸附劑放在有2mm厚油層的水面上，其覆蓋區域內皆表現出快速有效的除油效果。攪動吸附袋與附近水面，則附近浮油也被有效清除。
實驗2取例16的黃豆渣產品10克，裝入棉紗布袋。此袋放在含有20ml烹調油的煮沸肉湯中，觀察到快速清油效應。
實驗表明(1)本產品用於溢油清理既實用又高效；(2)吸油袋可除去或部分除去食品中的油脂，獲得健康食品。
例22.吸油紙實驗1將木屑、稻草與脫脂棉混和打碎，加入20％酒精製漿。漿液鋪在一層廚用紙上，然後在350°F(177℃)對流加熱5小時。經處理的粗糙紙產品有疏水性和良好的吸油力。
實驗2水溼紙，在375°F(191℃)、對流、正壓氣流和臭氧條件下加熱3小時。產品具良好的疏水性和親油性。
例23.疏水親油吸附劑用於香菸過濾香菸氣中的焦油含很多疏水親油的致癌物。尼古丁不僅能溶於水也能以任何比例溶於有機溶劑，顯示其親水和親油的雙重性質。香菸濾嘴的主要功能是降低焦油和尼古丁。醋酸纖維是目前最常見的濾嘴材料。然而，醋酸纖維高度親水在水中瞬間沉底。本疏水親油吸附劑比醋酸纖維能更有效地除去香菸氣中疏水有害物質。
選數種品牌的香菸，有烤菸型及混合型，焦油範圍10～15mg。大多數品牌的香菸有2cm長的醋酸纖維濾嘴，其中某一品牌香菸上的濾嘴有1cm長的醋酸纖維和1cm長的混有活性炭的醋酸纖維。去掉外紙後，醋酸纖維濾嘴平均重量0.10～0.12克。一種由透明塑料製成的商業健康菸嘴(中國專利ZL9520735LX，ZL96213 148.2)，因其具有捕捉煙氣中焦油和其他有色物質而對煙焦油粗定量的功能，可作簡易焦油檢測器及疏水親油吸附劑的容器。兩類對照試驗，一為去掉濾嘴的香菸，一為保留濾嘴的香菸，均包括在各次測試中。去掉濾嘴的香菸，加上裝有下列吸附劑的健康菸嘴作為實驗組。(1)0.05～0.2克例9木屑樣品9；(2)0.05～0.2克例16菸葉吸附劑；(3)0.02～0.1克例16甘蔗渣吸附劑；(4)0.02～0.1克例16甜高粱渣吸附劑；(5)0.02～0.1克例16脫脂棉吸附劑；(6)0.05～0.2克例3玉米穗吸附劑。焦油檢測器上顯示，所測各吸附劑降低焦油和有色物質的能力明顯優於醋酸纖維濾嘴。
實驗表明(1)所測六種吸附劑皆顯示出香菸過濾功效。同等重量對比，六種吸附劑均具比醋酸纖維強得多的對煙焦油和有色物質的吸附能力。其中由甜高粱渣、甘蔗渣和脫脂棉吸附劑在結合量和效率方面有最好的表現。用菸葉吸附劑做濾嘴則很吸引人。疏水親油吸附劑將是極具潛在商業價值的香菸過濾材料。各種吸附劑可單獨使用，也可混用。將疏水親油吸附劑與目前商業化的親水過濾材料共用，過濾將更有效。(2)有些因素明顯地影響疏水親油吸附劑去除焦油和其它疏水物質的功效，例如吸附劑的用量、顆粒大小和裝填密度，及濾嘴的形狀。量多、粒細、裝填鬆軟均勻、細長的濾芯有較好的過濾效果。(3)在高速氣流如香菸煙氣中，疏水親油吸附劑對焦油和其它疏水物質的吸附率很高，十分難得。
例24.甜高粱渣製備的吸附劑對氣態甲醛的吸附試驗取5ml福馬林溶液(含36～40％甲醛)置於10ml燒杯中，燒杯放入300ml廣口瓶中，在廣口瓶中燒杯旁放入2克例3甜高粱渣吸附劑。廣口瓶密封后在60℃過夜。次日開瓶，測定對照組和吸附劑組中福馬林溶液體積，分別為4.5和4.2毫升。吸附劑有很強的氣味，表明吸附劑對氣體甲醛有很好吸附。將吸附劑均攤在15cm培養皿上，暴露在室溫空氣中。2小時後吸附劑的氣味極強，6小時後氣味仍重，17小時後氣味還重，28小時後氣味減弱。說明疏水親油吸附劑不僅吸附氣態有機物，且具長久保持力。提示吸附劑可做載體和緩慢釋放體。
例25.疏水親油吸附劑用於油汙沙土的清潔實驗1.油汙沙子的清潔將25毫升廢機油倒入置於17cm×9.5cm容器的1cm厚的溼沙中，攪拌均勻。加入15克吸附劑(例9樣品9)，連續攪拌5分鐘使充分接觸。加入水並攪拌，儘量撈取水中漂浮物。再次攪拌沙子使更多的吸附劑浮出並撈取。重複攪拌和撈取至無吸附劑浮出。瀝乾沙子。驗沙含油度，發現有些油滑。再加5克吸附劑，重複以上步驟。再驗沙，沙已乾淨，全無油滑感覺。
實驗2.油汙土壤的清潔取100克風乾土壤，碾碎，與50ml廢機油(45克)攪拌製得油汙土壤。將30克吸附劑(例9樣品9)加入油汙土壤中，連續攪拌10分鐘使充分接觸。加入土壤體積十倍的水，劇烈攪拌，吸附劑浮出，撈取。再次攪拌泥漿使吸附劑浮出並撈取。重複攪拌和撈取至無吸附劑浮出。靜置，待水清後傾去水。手驗泥漿含油度，有些油滑。約90％油汙被去除。收集的吸附劑用手擠去部分水分後，重128克。假設90％的油汙被吸附，則30克吸附劑吸附40.5克油和57.5克水。再加10克吸附劑進行二次清潔，重複以上步驟。再驗泥漿，幾無油滑感覺。
本發明不局限於上述的過程和應用範圍，同樣也適用於實踐中許多的改進情況。保護範圍見權利要求。
權利要求
1.一種提高天然有機物質疏水性的方法，包括以下步驟(a)提供潮溼的天然有機物質；(b)對所述的有機物質在溫度80°至700℃的氧化介質中加熱，時間1分鐘至24小時，同時，使氧化介質流經有機物質，有機物質產生的溼氣和可揮發性物質被流動的氧化介質帶走；(c)將處理後的有機物質冷卻至常溫。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述加熱步驟在反應容器中進行，反應容器具有輸入氧化介質的進口和輸出氧化介質、溼氣和可揮發性物質的出口。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述溫度優選為110°至300℃。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述時間優選為5分鐘至10小時。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述氧化介質為空氣。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述氧化介質為氧氣。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述氧化介質為臭氧，可作用的溫度不大於250℃。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述氧化介質為過氧化氫。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述加熱的前期在溼氧化介質中進行，加熱的後期在幹氧化介質中進行。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於所述溼氧化介質為水蒸汽和臭氧。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述加熱的前期在相對較高的溫度中進行，加熱的後期在相對較低的溫度中進行。
12.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述氧化介質在加熱的前期含有相對較高濃度的氧化劑，在加熱的後期含有相對較低濃度的氧化劑。
13.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述加熱步驟在能催化氧化有機物質的催化劑中進行。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於所述催化劑是金屬鐵或金屬氧化物。
15.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括在所述加熱步驟之前對有機物質進行預處理，提高其反應性和多孔性，並使其反應基團暴露出來。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述的預處理是將有機物質浸泡於沸水中。
17.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述的預處理是將有機物質浸泡於酸液中。
18.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述的預處理是將有機物質浸泡於鹼液中。
19.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述的預處理是利用機械膨脹使有機物質膨脹。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於所述的機械膨脹是幹法膨脹或溼法膨脹。
21.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述的預處理是對有機物質施用可揮發性試劑。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於所述的可揮發性試劑為丙酮、醇類、正己烷、正庚烷、正戊烷或異戊烷。
23.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述的預處理是低溫冷凍有機物質。
24.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述有機物質含有多糖、異多糖、木質素、多酚、蛋白質、腐植質中的一種或多種。
25.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述有機物質選自木材、樹皮、葉、杆、莖、殼、皮、根、花、種子、豆類、草、髓、麵粉、海草類、海綿、甘蔗、甜高粱、甜菜、米、小麥、玉米、裸麥、大麥、燕麥、粟、麻、亞麻、薴麻、花生、油棕櫚、菸葉、茶葉、棉花、布、紙、紙箱、紙漿、城市有機廢物、庭園廢棄物、蘑菇培養基、羽毛、羊毛、毛髮、藻類、真菌類、細菌類、泥炭、褐煤、木炭、蝦蟹殼中的一種或多種。
26.根據權利要求25所述的方法，其特徵在於所述天然有機物質為天然、未加工狀態。
27.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述天然有機物質為兩種或兩種以上不同來源的天然有機物質的混合。
28.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述天然有機物質為有機廢渣、細菌培養基或其他受汙染物質中的一種。
29.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述天然有機物質為有毒物質，所述方法使有毒物質解毒。
30.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法將化學功能基團引入天然有機物質中。
31.根據權利要求1-30中任一權利要求所述的方法得到的一種疏水性得到增強的處理後的有機物質。
32.根據權利要求31所述的一種處理後的有機物質，其特徵在於所述處理後的有機物質為兩種或兩種以上處理後的有機物質的混合物。
33.根據權利要求31所述處理後的有機物質，其特徵在於所述處理後的有機物質具有結合重金屬的能力。
34.根據權利要求31所述處理後的有機物質，其特徵在於所述處理後的有機物質為可食用的產物。
35.根據權利要求31所述處理後的有機物質，其特徵在於所述處理後的有機物質為吸附材料，在液體可滲透容器中使用可以降低食品中的油脂含量。
36.一種根據權利要求31所述的處理後的有機物質用於食品加工過程中降低食品中的油脂含量的方法，包括以下步驟(a)將所述處理後的有機物質置於液體可滲透容器中；(b)將液體可滲透容器放入食物溶液中；(c)使溶液中的油脂被處理後的有機物質吸附；(d)從溶液移走液體可滲透容器。
37.一種根據權利要求31所述的處理後的有機物質在氣體過濾裝置中的應用。
38.根據權利要求37所述的氣體過濾裝置，其特徵在於所述氣體過濾裝置為香菸過濾嘴。
39.根據權利要求38所述的過濾嘴，其特徵在於採用的處理後的有機物質為菸葉。
40.根據權利要求37所述的氣體過濾裝置，其特徵在於所述氣體過濾裝置為機動車尾氣過濾器。
41.根據權利要求37所述的氣體過濾裝置，其特徵在於所述氣體過濾裝置為空氣過濾器。
42.一種根據權利要求31所述處理後的有機物質用於從受汙染的土壤或沙中除去油類或其他有機汙染的方法，包括以下步驟(a)將所述處理後的有機物質混入受汙染的土壤或沙中；(b)混和處理後的有機物質和受汙染的土壤或沙，使處理後的有機物質逐漸吸附所述的汙染物；(c)對處理後的有機物質和受汙染的土壤或沙的混和物注水，攪拌水和混和物，使吸附了汙染物的處理後的有機物質浮出水面；(d)從水面移走吸附了汙染物的處理後的有機物質。
43.根據權利要求42所述的方法，在步驟(d)之後，重複步驟(a)、(b)、(c)和(d)直至使土壤或沙變乾淨。
44.一種提高天然有機物質親水性的方法，包括以下步驟(a)對所述的天然有機物質進行碳酸鹽或重碳酸鹽溶液的預處理；(b)對所述有機物質在溫度80°-700°℃的氧化介質中加熱，時間1分鐘至24小時，同時，使氧化介質流經有機物質，使有機物質被氧化介質氧化，有機物質產生的溼氣和可揮發性物質被流動的氧化介質帶走；(c)將處理後的有機物質冷卻至常溫。
45.根據權利要求44所述的方法得到的一種親水性得到增強的處理後的有機物質。
全文摘要
本發明公開了涉及一種改變有機物質、特別是天然有機物質的疏水和親水特性，製備新型疏水親油產物和新型親水親油產物的氧化熱化學烘乾過程。該過程在氧化環境中應用配備了氣流系統的熱化學對流設備或窯式裝置對溼潤的原料加熱處理一定的時間。通過對原料的預處理，如水煮沸、酸或鹼浸泡、機械膨化、加入可揮發試劑和冰凍可進一步提高疏水親油物質的產率。對原料進行獨特的碳酸鹽或重碳酸鹽預處理則會產生親水親油物質。在不同的氧化熱化學烘乾條件下對不同來源的天然材料進行處理可得到一系列具有不同疏水親油或親水親油程度的產物。產物低成本，高效，可生物降解，對環境無害以及用途十分廣泛。
文檔編號C08H7/00GK1529632SQ01823477
公開日2004年9月15日 申請日期2001年7月17日 優先權日2001年7月17日
發明者梁知維, 梁文熙 申請人:梁知維, 梁文熙