[发明专利]一种兼具超快油液吸附能力和高压缩恢复性能的超疏水气凝胶制备方法及应用

说明书

本发明公开一种兼具超快油液吸附能力和高压缩恢复性能的超疏水气凝胶的制备方法及应用，包括以下步骤：(1)将亲水处理后的杨树种子纤维(PCF)、壳聚糖均匀分散在弱酸性的溶液中，形成的粘稠纤维悬浮液通过冷冻干燥，得到具有管状‑层状交织结构的多尺度孔隙复合气凝胶；(2)复合气凝胶通过柠檬醛的交联来增强组分间的连结作用，得到具有类神经元结构的交联气凝胶；(3)将交联气凝胶经过硅烷试剂的化学气相沉积改性，得到超疏水纤维气凝胶。本发明采用生物质材料——杨树种子纤维、壳聚糖粉末，通过冷冻干燥、化学交联及疏水改性方法，得到具有多尺度孔隙的超疏水生物质气凝胶，该气凝胶具有优异的纵、横向压缩回复性能，以及对油液的芯吸及快速传输作用。

技术领域

本发明属于溢油吸附材料技术领域，具体涉及一种兼具超快油液吸附能力和高压缩恢复性能的超疏水气凝胶制备方法，以及该方法所制备气凝胶的具体应用。

背景技术

在原油开采和运输过程中，石油泄漏对海洋环境、海洋安全及生态平衡构成了重大威胁。其中，漏油可在最初几分钟时间内以5m/min直径的增加速率迅速覆盖在水面上，并且由于漏油反应缓慢的特性，漏油产生的危害性可长达数十年，从而持续恶化水环境和海洋生态系统。在各种漏油处理技术中，包括机械撇油器、化学分散剂、原地燃烧、生物修复等，吸油材料可对溢油进行原位处理，且对环境无二次污染，被认为是一种更为有效且简便的漏油处理方法，而开发具有高效油液吸附能力的吸油材料具有重要意义。

目前，具有超亲油性能的三维多孔吸油泡沫或者气凝胶材料在油污染物处理领域受到越来越多的关注。相对于传统吸油材料，吸油泡沫或者气凝胶材料的吸油倍率通常比较高，但其吸油速率却大大受制于材料大的孔隙结构，此外，压缩恢复力学性能差和原材料稀缺是制约很多气凝胶材料走向实际应用的另一主要问题。通过定向冷冻技术制备的超亲油气凝胶内部具有取向的油液传输通道，但同时也因为其各向异性的结构牺牲了材料沿横截面方向的机械性能。马千里等人(CN112619569A)将竹纳米纤维素在液氮中冷冻得到定向的气凝胶材料。Yi等人(J.Hazard.Mater.,2020,385,121507)采用定向冷冻技术得到具有取向孔隙的壳聚糖气凝胶，当对气凝胶施加垂直于取向孔方向上的外力时，由于壳聚糖“弹簧状”片层结构对外力的吸收及释放而具有优异的回复性能；然而在平行于取向孔方向(沿冷冻方向)上无构架的支撑，导致该方向受到外力时产生结构破坏，故该类气凝胶只具有单向的压缩可回复性能。就目前而言，开发生产工艺简单、成本低廉，具有超快油液吸附和优异机械性能的生物质吸油材料具有重要的现实意义。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种兼具超快油液吸附能力和高压缩恢复性能的超疏水气凝胶的制备方法及应用。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种兼具超快油液吸附能力和高压缩恢复性能的超疏水气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)选用杨树种子纤维(俗称的杨絮)为原料，将其进行亲水化处理；

(2)将步骤(1)处理后的杨树种子纤维和壳聚糖粉末均匀分散在弱酸性水溶液中，得到粘稠纤维悬浮液；将粘稠纤维悬浮液倒入模具中，经过冷冻干燥机干燥，得到纤维复合气凝胶；

(3)将步骤(2)得到的纤维复合气凝胶进行交联处理，具体是将纤维复合气凝胶置于含柠檬醛的无水乙醇溶液中，得到交联的复合气凝胶；

(4)将步骤(3)得到的交联的复合气凝胶采用化学气相沉积法进行疏水改性，得到超疏水复合气凝胶。

优选的，步骤(1)中，杨树种子纤维亲水化处理的步骤如下：将杨树种子纤维加入到溶解有亚氯酸钠、乙酸的混合溶液中，加热到75-80℃后保持2-2.5h，然后经过清洗、干燥，得到除去表面蜡质的杨树种子纤维。

优选的，所述混合溶液中亚氯酸钠的含量为1-2wt％；混合溶液配制时，乙酸与水的体积比为0.3-1:100。