技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
纤维素基纤维材料的制备方法，特别涉及一种用于油
水乳液分离的纤维素基纤维材料的制备方法，属于环境功能材料制备与应用技术领域。
背景技术
[0002] 实现油水混合物的高效快速分离，对于保护水环境、节约
能源具有重要的意义。传统油水分离用超疏水超亲油材料易被油润湿，在油水分离过程中极易被油和油中的杂质污染或堵塞。超疏水表面粘附的油，尤其是高
粘度油，会严重影响油水分离效果，且会造成二次污染。另外，在油水分离过程中，由于油的
密度往往比水低，这使得往往是水先与材料表面
接触，导致油无法通过传统油水分离材料，影响分离效率。
[0003] 针对油-水密度的差别和传统油水分离材料易被油污染的问题，结合现实生活中含油污水大都是含少量油和大量水的情况，水下超疏油表面的研究近期引起了关注，它具有超亲水和水下超疏油的性能。密度大的水可以迅速润湿并透过该类材料表面，而密度小的油则无法润湿表面，从而截留在材料的一侧，实现油-水分离。另外，被水润湿的超亲水/水下超疏油表面在油-水分离过程中还会起到破乳的作用，有利于分散油和乳化油的分离。
[0004] 目前公开的
专利CN104831415A、CN104548667A等使用金属网和非金属网为基底制备出了超亲水和水下超疏油膜进行油水分离，虽然具有一定的油水乳液分离能
力，但是存在膜材料耐化学品性能低、涂层与基底材料结合不牢固等
缺陷，从而使膜材料失去油水分离性能。另外这些网膜的制备过程较为复杂，步骤较多且条件难以控制，也为实际应用带来了限制。因此，采用简单的工艺制备出高效﹑稳定﹑环境友好的具有油水乳液分离能力的材料方面还面临着挑战。
[0005] 本发明选取了天然纤维素材料作为反应的原材料，通过溶解-再生的方法制备了一种具有油水乳液分离能力的纤维素基纤维材料。该多孔纤维素基纤维材料可以对油水乳液进行分离，且分离效果好、力学强度高、可反复使用并且制备方法简单易行、安全环保，具有很好的应用价值和市场前景。
发明内容
[0006] 本发明目的在于，提供一种纤维素基纤维材料的制备方法，该方法将纤维素原料
棉花、竹纤维、棉布或竹纤维布在
溶剂氯化锌水溶液中溶解；再加入成孔剂无水
硫酸钠，静置，水洗
固化，再经低温
冷冻干燥处理，即获得纤维素基纤维材料。通过本发明所述方法获得的纤维素基纤维材料具有良好的超亲水-水下超疏油的性质，适用于油水混合物和油水乳液的分离处理，对含
甲苯、二氯乙烷、石油、
汽油和柴油等油水混合物和油水乳液均能进行分离，具有分离速度快，分离效果好，力学强度高，
稳定性好，能够循环使用等优势。本发明所述方法中原料来源广、价格低，加工方法环保、安全、简单、高效，加工得到的纤维素基纤维材料应用领域广泛，潜在巨大的经济效益。易大规模生产，具有很好的应用价值和市场前景。
[0007] 本发明所述的一种纤维素基纤维材料的制备方法，按下列步骤进行：
[0008] a、将
质量分数为1-7％的纤维素原料棉花、竹纤维、棉布或竹纤维布加入到质量分数为67-70％的氯化锌水溶液中，
温度70-80℃，加热搅拌溶解，时间0.5-3小时，得到
混合液；
[0009] b、将步骤a得到的混合液中加入质量分数为15-40％的成孔剂无水硫酸钠，搅拌均匀，得到混合液；
[0010] c、将步骤b得到的混合液室温静置，时间2-6小时，温度50℃水洗固化，时间48-60小时，再经低温冷冻干燥处理，时间为12-36小时，即得到纤维素基纤维材料。
[0011] 所述方法获得的纤维素基纤维材料在油水分离中的用途。
[0012] 所述油水分离为油水混合物的分离和/或油水乳液的分离。
[0013] 所述油水混合物分离中的油为甲苯、二氯乙烷、石油、汽油或柴油。
[0014] 所述油水乳液分离为不含
表面活性剂的油水乳液或含表面活性剂的油水乳液的分离。
[0015] 本发明所述的一种纤维素基纤维材料的制备方法，通过该方法获得的纤维素基纤维材料具有在空气中超亲水超亲油(在空气中与水和油的接触
角接近于0°)、水下超疏油(在水下与油滴的接触角大于150°)的性质，具体可用于含油油水混合物(如含有甲苯、二氯乙烷、石油、汽油或柴油等)的油水分离、不含表面活性剂乳液(水包油乳液)和含表面活性剂乳液(吐温80的乳液)的分离。
[0016] 通过本发明所述方法获得的纤维素基纤维材料，原料易得，价格低廉，制备工艺简单，操作简便，可用于大范围制备。经试验表明：本发明所提供的纤维素基纤维材料具有分离速度快、分离效果好等优势，适用于油水混合物和油水乳液的分离处理，对含甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等含油油水混合物和油水乳液均能进行分离，力学强度高，稳定性好，能够循环使用。
附图说明
[0017] 图1为本发明制备的具有亲水-水下超疏油纤维素基纤维材料的数码图片；
[0018] 图2为本发明接触角图片；其中a为在空气中测量水在纤维素基纤维材料表面的接触角照片，b为在水中测量1,2-二氯乙烷在纤维素基纤维材料表面的接触角照片；
[0019] 图3为本发明
实施例1-4中所制备的纤维素基纤维材料用于分离油水混合物或油水乳液的实验装置与实验效果图，其中，a代表分离的纤维素基纤维材料；b代表油水乳液；c代表通过纤维素基纤维材料的滤液。
[0020] 图4为本发明实施例1制备的纤维素基纤维材料对油水乳液分离效果图；其中4a为油水乳液的光学
显微镜照片；4b为滤液的
光学显微镜照片；
具体实施方式
[0021] 本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，但不仅限于下述的实施例。
[0022] 实施例1
[0023] a、将质量分数为1％的0.8g纤维素原料棉花加入到溶剂为质量分数为67-70％的79.2g氯化锌水溶液中，温度80℃，加热搅拌溶解，时间1.5小时，得到混合液；
[0024] b、将步骤a得到的混合液中加入质量分数为15％的14.1g成孔剂为无水硫酸钠中，搅拌均匀，得到混合液；
[0025] c、将步骤b得到的混合液室温静置，时间2小时，放入50℃温水中水洗固化，时间48小时，再经低温冷冻干燥处理，时间24小时，即获得纤维素基纤维材料，如图1所示。
[0026] 实施例2
[0027] a、将质量分数为7％的7g纤维素原料竹纤维加入到溶剂为质量分数为67-70％的93g氯化锌水溶液中，在温度70℃，加热搅拌溶解，时间3小时，得到混合液；
[0028] b、将步骤a得到的混合液中加入质量分数为40％的67g成孔剂为无水硫酸钠中，搅拌均匀，得到混合液；
[0029] c、将步骤b得到的混合液室温静置，时间为4小时，放入温度为50℃温水中水洗固化，时间60小时，再经低温冷冻干燥处理，时间为36小时，即获得纤维素基纤维材料。
[0030] 实施例3
[0031] a、将质量分数为3％的1.5g纤维素原料棉布加入到溶剂为质量分数为67-70％的48.5g氯化锌水溶液中，在温度75℃，加热搅拌溶解，时间0.5小时，得到混合液；
[0032] b、将步骤a得到的混合液中加入质量分数为25％的16.7g成孔剂为无水硫酸钠中，搅拌均匀，得到混合液；
[0033] c、将步骤b得到的混合液室温静置，时间为6小时，放入温度为50℃的温水中水洗固化，时间55小时，再经低温冷冻干燥处理，时间为20小时，即获得纤维素基纤维材料。
[0034] 实施例4
[0035] a、将质量分数为5％的2g纤维素原料竹纤维布加入到溶剂为质量分数为67-70％的38g氯化锌水溶液中，在温度75℃，加热搅拌溶解，时间2小时，得到混合液；
[0036] b、将步骤a得到的混合液中加入质量分数为30％的17.1g成孔剂为无水硫酸钠中，搅拌均匀，得到混合液；
[0037] c、将步骤b得到的混合液室温静置，时间为6小时，放入温度为50℃的温水中水洗固化，时间48小时，再经低温冷冻干燥处理，时间为24小时，即获得纤维素基纤维材料。
[0038] 实施例5
[0039] 在空气中测量本实施例1-4任意一种得到的纤维素基纤维材料与水滴的接触角接近于0°(如图2a所示)；将得到的纤维素基纤维材料在水中浸泡1分钟，在水下测量该纤维素基纤维材料与1,2-二氯乙烷的接触角大于150°(如图2b所示)；实验结果表明：得到的纤维素基纤维材料具有典型的亲水-水下超疏油性质；将油水混合物(如甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等)倒入固定有实施例1-4任意一种得到的纤维素基纤维材料的垂直放置的玻璃管中，水在快速、顺利通过的同时油(如甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等)被完全阻挡在网膜上方，具有有效的油水分离效果。
[0040] 实施例6
[0041] 利用图3所示的实验装置测量对本实施例1-4任意一种得到的纤维素基纤维材料进行含表面活性剂的油水乳液分离实验：将该纤维素基纤维材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，将汽油与水的水包油乳液(体积比1:100，含0.5mg吐温80)经上方的进料玻璃管倒在该纤维素基纤维材料上，乳液经过该材料破乳，水穿过该材料并从下方的出料玻璃管流下，同时油被该材料阻挡在上方，实现分离油包水乳液的目的，得到分离后的水；其中汽油可替换为甲苯、二氯乙烷、石油或柴油中的任一种。
[0042] 实施例7
[0043] 利用图3所示的实验装置测量对本实施例1-4任意一种得到的纤维素基纤维材料进行不含表面活性剂的油水乳液分离实验：将该纤维素基纤维材料固定在两个夹具中间，上、下分别接入进料玻璃管和出料玻璃管，将甲苯与水的水包油乳液(体积比1:100)经上方的进料玻璃管倒在该纤维素基纤维材料上，乳液经过该材料破乳，水穿过该材料并从下方的出料玻璃管流下，同时油被该材料阻挡在上方，实现分离油包水乳液的目的，得到分离后的水；其中甲苯可替换为二氯乙烷、石油、汽油或柴油中的任一种。
[0044] 本发明的实验结果显示，通过本发明所述方法获得的纤维素基纤维材料与水的接触角接近于0°，因而水能够轻易的穿过所述的油水分离用纤维素基纤维材料；该纤维素基纤维材料在水下对油(如甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等)的接触角均大于150°，即油滴在所述的油水分离用纤维素基纤维材料表面不能浸润因而不能穿过；将油水混合物倒入固定有本发明的纤维素基纤维材料的垂直放置的玻璃管中，水在快速、顺利通过的同时油(如甲苯、二氯乙烷、石油、汽油和柴油等)被完全阻挡在网膜上方，具有有效的油水分离效果；而且所述的纤维素基纤维材料对油滴具有极低的粘附，清洗简便，可反复使用，具有稳定的油水分离效果。
