一種木質纖維吸油材料的製備方法與流程
2023-10-23 03:23:12 3
本發明涉及生物質精煉技術領域，尤其涉及一種木質纖維吸油材料的製備方法。
背景技術：
木質纖維是一種環境友好的可再生資源，具備儲量豐富且再生速度快等特點。其中木材原料已被廣泛應用於建築業、家居裝修及造紙工業等領域，而麥草、農作物秸稈、果殼等農業殘餘物由於其製漿汙染相對較高，逐步被造紙工業淘汰，其處理問題仍然亟待解決。
木質纖維植物細胞壁由三大主要成分構成，即纖維素、半纖維素和木質素，纖維素上的羥基具有親水性，因此在存在水分的情況下，未經改性的木質纖維生物質原料機械性能和外觀形態易發生改變，還容易被微生物降解或腐蝕。通過化學改性將疏水的烷烴基團引入到纖維素表面，可改善其親水性並使其具備較好的吸油性能。
現有技術中木質纖維吸油材料的製備方法主要分為均相改性和傳統非均相改性兩種。均相改性體系是將木質纖維溶解於有機溶劑等纖維素溶劑體系，從而有效分散纖維，進而提高反應效率，但是存在有機溶劑用量高且價格過於昂貴，且對人體有害，不適合工業化生產的。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種木質纖維吸油材料的製備方法，利用球磨產生的高能量為反應提供活化能，同時有效分散纖維，從而提高反應效率。
為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：
一種木質纖維吸油材料的製備方法，包括以下步驟：
將木質纖維和酯化試劑在吡啶催化作用和球磨條件下進行酯化反應，得到木質纖維吸油材料。
優選地，所述球磨的溫度為20～30℃。
優選地，所述球磨的轉速為800～1200rpm，所述球磨的時間為2～4h。
優選地，所述酯化試劑包括酸酐或醯氯。
優選地，所述酸酐包括乙酸酐、丙酸酐或丁酸酐。
優選地，所述醯氯包括乙醯氯、丙醯氯或丁醯氯。
優選地，所述酯化試劑與木質纖維的質量比為0.25～3.5：1。
優選地，所述吡啶與木質纖維的質量比為0.25～3：1。
優選地，所述木質纖維由木質纖維生物質原料抽提得到，所述抽提使用的溶劑為甲苯和乙醇混合溶劑，所述甲苯和乙醇的體積比為2:1。
優選地，所述木質纖維生物質原料包括桉木、楊木、松木、竹子、甘蔗渣、稻草、玉米杆和麥稈中的一種或幾種的混合物。
優選地，所述酯化反應後還包括：對所述酯化反應的產物依次進行洗滌和乾燥。
優選地，所述乾燥的溫度為50～110℃，所述乾燥的時間為24～48h。
本發明提供了一種木質纖維吸油材料的製備方法，將木質纖維和酯化試劑在吡啶催化作用和球磨條件下進行酯化反應，得到木質纖維吸油材料，反應過程中無需使用有機溶劑，產物分離純化處理簡單，且製備工藝操作方便，改性時間短，反應程度高，有較好的吸油效果，對柴油的吸附率為9.86g/g，對大豆油的吸附率為10.21g/g。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明實施例1抽提後甘蔗渣、不同反應時間甘蔗渣的掃描電鏡圖；
圖2為本發明實施例1球磨後甘蔗渣以及甘蔗渣乙酸酯的紅外光譜譜圖；
圖3為本發明實施例2球磨後甘蔗渣以及甘蔗渣丙酸酯的紅外光譜譜圖；
圖4為本發明實施例3球磨後甘蔗渣以及甘蔗渣丁酸酯的紅外光譜譜圖；
圖5為本發明實施例4球磨後甘蔗渣以及甘蔗渣乙酸酯的紅外光譜譜圖。
具體實施方式
本發明提供了一種木質纖維吸油材料的製備方法，包括以下步驟：
將木質纖維和酯化試劑在吡啶催化作用和球磨條件下進行酯化反應，得到木質纖維吸油材料。
本發明對所述木質纖維的來源沒有任何特殊限制，採用本領域技術人員熟知的木質纖維的來源或市售商品即可；在本發明實施例中優選由木質纖維生物質原料抽提得到所述木質纖維，所述抽提使用的溶劑為甲苯和乙醇混合溶劑，所述甲苯和乙醇的體積比為2:1。
在本發明中，所述抽提的時間優選為10～12h，更優選為11～11.5h；所述抽提的溫度優選為85～95℃，更優選為88～90℃。
本發明對所述抽提的裝置沒有任何特殊的限制，採用本領域技術人員熟知的抽提裝置即可；在本發明實施例中優選在索氏抽提器中進行抽提。
在本發明中，所述木質纖維生物質原料包括桉木、楊木、松木、竹子、甘蔗渣、稻草、玉米杆和麥稈中的一種或幾種的混合物，本發明對所述混合物中各木質纖維生物質原料的質量比沒有任何特殊的限制，本領域技術人員可根據實際需要選擇任意質量比的木質纖維生物質原料的混合物。
在本發明中，所述球磨的溫度優選為20～30℃，更優選為25～28℃。
在本發明中，所述球磨的轉速優選為800～1200rpm，更優選為1000～1100rpm。
在本發明中，所述球磨的時間優選為2～4h，更優選為3～3.5h。
在本發明中，所述球磨的球大小優選為5～15mm，更優選為7～10mm；球磨的球料比優選為40～60：1，更優選為45～55：1。
本發明對所述球磨的設備沒有任何特殊的限制，採用本領域技術人員熟知的球磨裝置即可；在本發明實施例中優選在球磨罐中進行。
在本發明中，所述酯化試劑與木質纖維的質量比優選為0.25～3.5：1，更優選為1～3：1，最優選為2.5～2.8：1。
在本發明中，所述吡啶與木質纖維的質量比優選為0.25～3：1，更優選為1～2.5：1，最優選為1.5～2：1。
在本發明中，所述酯化試劑優選包括酸酐和/或醯氯，當所述酯化試劑包括酸酐和醯氯兩種物質時，本發明對所述酯化試劑中酸酐和醯氯的質量比沒有任何特殊的限制，本領域技術人員可根據實際需要選擇任意質量比的酸酐和醯氯的混合物。
在本發明中，所述酸酐優選包括乙酸酐、丙酸酐和丁酸酐中的一種。
在本發明中，所述醯氯優選包括乙醯氯、丙醯氯和丁醯氯中的一種。
所述酯化反應後，本發明優選對所述酯化反應的產物依次進行洗滌和乾燥，得到木質纖維吸油材料。
在本發明中，所述洗滌使用的洗滌劑優選包括去離子水、甲醇和乙醇中的一種。
在本發明中，所述洗滌後酯化反應的產物的pH值為中性。
在本發明中，所述乾燥的溫度優選為50～110℃，更優選為70～100℃，最優選為90～95℃；所述乾燥的時間優選為24～48h，更優選為30～45h，最優選為35～40h。
本發明製得的木質纖維吸油材料可用於消除環境中的廢棄油。
本發明提供了一種木質纖維吸油材料的製備方法，將木質纖維和酯化試劑在吡啶催化作用和球磨條件下進行酯化反應，得到木質纖維吸油材料，反應過程中無需使用有機溶劑，產物分離純化處理簡單，且製備工藝操作方便，改性時間短，反應程度高，有較好的吸油效果，對柴油的吸附率為9.86g/g，對大豆油的吸附率為10.21g/g。
下面結合實施例對本發明提供的木質纖維吸油材料的製備方法進行詳細的說明，但是不能把它們理解為對本發明保護範圍的限定。
實施例1
用甲苯和乙醇的體積比為2:1的混合溶液抽提甘蔗渣，得到甘蔗渣原料，取3mL乙酸酐、3mL吡啶和1g粉碎的甘蔗渣原料置於球磨罐中，設定球磨轉速為1200rpm，以連續方式進行4h球磨，使用去離子水產物洗滌多次後先於70℃烘箱中乾燥12h，後轉移至105℃烘箱中繼續乾燥12h得到甘蔗渣乙酸酯吸油材料。
對抽提後甘蔗渣、反應0.5h後甘蔗渣、反應2h後甘蔗渣、反應4h後甘蔗渣分別進行掃描電鏡分析，結果如圖1所示，經過球磨改性後，甘蔗渣的表面形貌發生了變化，甘蔗渣被完全粉碎，充分增大了甘蔗渣表面積。
經稱量，甘蔗渣乙酸酯吸油材料增重率為33.3％，對柴油的吸附率為8.94g/g，對大豆油的吸附率為9.32g/g，對其進行紅外光譜檢測，所得結果如圖2所示。1745cm-1處酯鍵中的C＝O伸縮振動吸收峰、1375cm-1處乙醯基中甲基的特徵吸收峰，以及1248cm-1處酯鍵中的C-O鍵的吸收峰明顯加強，表明樣品中成功引入乙醯基，從而達到吸油效果。
實施例2
用甲苯和乙醇的體積比為2:1的混合溶液抽提甘蔗渣，得到甘蔗渣原料，取3.5mL丙酸酐、2.1mL吡啶和1g粉碎的甘蔗渣原料置於球磨罐中，設定球磨轉速為800rpm，以連續方式進行2h球磨，使用甲醇將所得產物洗滌多次後先於90℃烘箱中乾燥12h，後轉移至110℃烘箱中繼續乾燥24h得到甘蔗渣丙酸酯吸油材料。
經稱量，甘蔗渣丙酸酯吸油材料增重率為33.6％，對柴油的吸附率為9.35g/g，對大豆油的吸附率為9.72g/g，對其進行紅外光譜檢測，所得結果如圖3所示。1745cm-1處酯鍵中的C＝O伸縮振動吸收峰、1462cm-1處丙醯基的特徵吸收峰，以及2985～2888cm-1處出現兩個飽和C-H鍵吸收峰，表明樣品中成功引入丙醯基，從而達到吸油效果。
實施例3
用甲苯和乙醇的體積比為2:1的混合溶液抽提甘蔗渣，得到甘蔗渣原料，取3.5mL丁酸酐、1.75mL吡啶和1g粉碎的甘蔗渣原料置於球磨罐中，設定球磨轉速為1000r/min，以連續方式進行4h球磨，使用乙醇將所得產物洗滌多次後先於90℃烘箱中乾燥6h，後轉移至95℃烘箱中繼續乾燥24h得到甘蔗渣丁酸酯吸油材料。
經稱量，甘蔗渣丁酸酯吸油材料增重率為32.4％，對柴油的吸附率為9.86g/g，對大豆油的吸附率為10.21g/g，對其進行紅外光譜檢測，所得結果如圖4所示。1745cm-1處酯鍵中的C＝O伸縮振動吸收峰、1462cm-1處丁醯基的特徵吸收峰，以及2967～2888cm-1處出現三個飽和C-H鍵吸收峰，表明樣品中成功引入丁醯基，從而達到吸油效果。
實施例4
用甲苯和乙醇的體積比為2:1的混合溶液抽提甘蔗渣，得到甘蔗渣原料，取1mL乙醯氯、1mL吡啶和1g粉碎的甘蔗渣原料置於球磨罐中，設定球磨轉速為1200r/min，以連續方式進行4h球磨，使用乙醇將所得產物洗滌多次後先於90℃烘箱中乾燥6h，後轉移至95℃烘箱中繼續乾燥24h得到甘蔗渣乙酸酯吸油材料。
經稱量，甘蔗渣乙酸酯吸油材料增重率為32.1％，對柴油的吸附率為8.97g/g，對大豆油的吸附率為9.43g/g，對其進行紅外光譜檢測，所得結果如圖5所示。1745cm-1處酯鍵中的C＝O伸縮振動吸收峰、1375cm-1處乙醯基中甲基的特徵吸收峰明顯加強，表明樣品中成功引入乙醯基，從而達到吸油效果。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。