[发明专利]一种纤维素/氧化硅复合气凝胶弹性体、制备方法及其在油水分离领域中的应用

说明书

一种纤维素/氧化硅复合气凝胶弹性体、制备方法及其在油水分离领域中的应用，属于油水分离材料领域。细菌纤维素具有开阔的大孔，通过木醋杆菌与不同尺寸的聚苯乙烯小球的原位共培养得到，可以在500～1700μm范围调节纤维素的孔径尺寸。将氧化硅与细菌纤维素复合，拓扑纤维素的三维网络结构，得到高空隙率、具有弹性的纤维素/氧化硅复合气凝胶。所述纤维素/氧化硅气凝胶弹性可直接常温常压干燥，避免了传统气凝胶制备所必须的超临界干燥或冷冻干燥等步骤，降低了生产成本。经过20循环使用，其吸油容量仍然可达到最初的94％。本发明制备方法简单，材料环境友好，可生物降解，不会对环境造成二次污染，在油水分离领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于油水分离材料领域，具体涉及一种纤维素/氧化硅复合气凝胶弹性体、制备方法及其在油水分离领域中的应用。

背景技术

随着工业的快速发展，大量含油废水的排放以及石油在开采、运输、使用过程中产生的泄漏，对河流、海洋等水资源造成的污染日益严重。油类污染物的清除成为现在亟待解决的环境问题之一。目前的解决方法主要有四种：焙烧水面上的浮油，使其热解除去；喷洒分散剂使油进入水体的内部，稀释油的浓度；加入嗜油微生物降解油滴；使用吸附剂收集、吸附水面上油污。焙烧的方法通常用于海上大规模的石油泄漏，操作方法简单，然而石油热解产生的有害成分会对环境再次造成污染，同时也浪费了石油资源。石油中含有硫化氢、吖啶、苯以及多环芳烃类等有毒物质，如果通过加入分散剂进入水体中，会危及海洋生物，而且很多分散剂本身对水体生物也有毒性。如2010年墨西哥湾石油泄漏事故中使用的分散剂Corexit，被证实会导致溶血、损害人体肾脏与肝脏。利用嗜油微生物降解处理废油是非常绿色环保的方法，但是嗜油微生物降解耗时长，且仅善于处理厚度较薄的油层。相比之下，利用吸附剂在水面上收集、吸附浮油是更加切实可行的方法，环保、经济，且易于油品回收。

传统的吸油材料包括活性炭、沸石、膨润土等疏松多孔的无机材料，以及稻草、稻壳、灯心草、麦秆、甘蔗渣等廉价易得的天然有机材料与聚丙烯等合成有机材料。然而这些材料吸油量低，油水选择性差且不能循环使用。近年来，针对以上问题，开发了多种吸油容量高、可循环使用的吸油材料。主要代表有电纺有机聚合物纤维如聚苯乙烯纤维膜，这类材料制备简单且有高的吸附容量，然而使用后材料本身无法降解，不宜处理，会对环境造成二次污染。无机的碳类气凝胶如石墨烯气凝胶、碳纳米管气凝胶，具有高的化学稳定性，同时有高的吸油效率，然而制备成本高，限制了它的实际应用。

纤维素是地球上储量最丰富的生物高分子，廉价易得、可再生、可生物降解，不会对环境造成二次污染。细菌纤维素是由木醋杆菌属的微生物的分泌的一种纤维素，具有开阔的三维网络结构，高的孔隙率，对溶剂有高吸附容量。氧化硅是地壳表面储量最丰富的无机质，化学稳定性高，耐酸、耐有机溶剂的腐蚀，对生物体没有毒性，同样不会对环境造成二次污染。将氧化硅与细菌纤维素复合，保留细菌纤维素高吸附容量的同时，又可以提高其化学稳定性与机械强度，在油水分离领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有弹性的纤维素/氧化硅复合气凝胶、制备方法，并将其应用于油水分离领域。气凝胶由细菌纤维素与氧化硅复合而成。细菌纤维素具有开阔的大孔，通过细菌与不同尺寸的聚苯乙烯小球的原位共培养得到，可以在500～1700μm范围调节细菌纤维素的孔径尺寸。将氧化硅与细菌纤维素复合，拓扑纤维素的三维网络结构，得到高空隙率、具有弹性的纤维素/氧化硅复合气凝胶。

所述纤维素/氧化硅气凝胶弹性体具有高的吸油容量，可多次循环使用，制备方法简单，可直接常温常压干燥，避免了传统气凝胶制备所必须的超临界干燥或冷冻干燥等步骤，降低了生产成本。纤维素与氧化硅均为环境友好型材料，使用后处理方法简单，不会对环境造成二次污染。

具体的，本发明所述的一种用于油水分离的纤维素/氧化硅复合气凝胶弹性体的制备方法，其步骤如下：

步骤1：纤维素框架模板的制备