一种基于氨基用于油水分离的pH响应型香蕉纳米纤维素气凝胶的制备方法

本发明创造属于纺织材料领域，具体涉及一种基于氨基用于油水分离的ph响应型香蕉纳米纤维素气凝胶的制备方法。

背景技术：

1、由于工业含油废水的排放和海上石油泄漏，油水分离是一个亟待解决的问题。

2、迄今为止，各种材料如sio2、共混膜、石墨烯以及其他基材已被开发用于油水分离和废水净化。chatterjee等人利用石墨烯纳米片对纳米纤维素气凝胶进行改性，制备的气凝胶具有优异的形状保持性和吸油选择性。孙等人以壳聚糖和纤维素纳米纤维为原料，通过双向冷冻、化学交联和化学气相沉积法制备了具有超轻弹性气凝胶，在油水分离中具有广阔的应用前景。然而这些原料成本高、对技术要求高。因此寻找成本低、制备过程简单的方法受到人们关注。

3、纤维素基材料具有成本低、来源广且易降解的优点。香蕉采摘后，茎秆等被废弃或燃烧，造成环境污染与资源浪费。随着石油资源日趋枯竭，采用香蕉茎秆制备油水分离材料，不仅能够缓解资源短缺，而且可以增加香蕉纤维的附加值，带来一定的经济效益。李等人通过壳聚糖纤维素的氧化、交联、冷冻干燥和冷等离子体改性，成功制备了具有优异油水选择性的纤维素气凝胶，但响应时间为10s。张等人采用乙烯基三甲氧基硅烷改性制备了用于油水分离的木棉纤维素气凝胶，但需要7s的响应时间。因此，缩短响应时间可以提高ph的响应灵敏度，也可以提高工作效率。

4、本发明旨在克服现有工艺的不足，以废弃的香蕉茎秆为原料，提供了一种成本低、易降解、制备方法简单、快速响应可切换润湿性、可重复使用以及分离性能优异的三维多孔香蕉纳米纤维素气凝胶材料。本发明为开发利用香蕉茎秆，提高其附加值提供了可能性；利用低成本且性能良好的三维气凝胶快速处理工业含油废水和海洋漏油提供了更多的可能性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明创造旨在提出一种成本低、制备简单且具有快速ph响应、可重复利用性、分离效率优良的三维多孔香蕉纳米纤维素气凝胶的制备方法，以解决现阶段气凝胶成本高、制备复杂和响应灵敏度不高等缺点。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、步骤1：香蕉纳米纤维素悬浮液的制备

4、从香蕉茎秆中提取香蕉纤维素，加入适量蒸馏水，在超声波细胞粉碎机中进行超声处理，制成香蕉纳米纤维素悬浮液。

5、步骤2：ph响应气凝胶的制备

6、首先制备ph响应聚合物，将偶氮二异丁腈(aibn)和甲基三甲氧基硅烷(mtms)以1∶50的质量比溶于适量的四氢呋喃(thf)中，搅拌后加入适量的thf以及质量比为1∶50的aibn和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(dmaema)继续聚合。反应完成后，在石油醚中提取三次以除去未反应的化学品，然后干燥得到末端带有氨基和烷基的ph响应聚合物dmaema-co-mtms。

7、取制备的香蕉纳米纤维素悬浮液、mtms和dmaema-co-mtms的质量比为5∶3∶9，室温下搅拌聚合6h，冷冻干燥后烘干，再用无水乙醇清洗以去除未交联的聚合物，最后干燥得到ph响应气凝胶。

8、上述技术方案中，进一步地，步骤1中，所述香蕉纳米纤维素悬浮液的提取方法为：

9、将香蕉茎秆剪为1cm左右粉碎，然后过60目筛网得到原麻粉末；再将原麻粉末用滤纸包裹置于索氏提取器中，使用体积比为2∶1的苯/乙醇混合溶液提取6h，温度设置为75～85℃；再用1wt％的亚氯酸钠溶液漂白，滴入适量乙酸调节ph至3～4，时间1h，温度为70～～80℃，得到漂白纤维；再用5wt％的氢氧化钠溶液处理2h，温度为80～100℃；最后取碱煮后的纤维素加入适量蒸馏水，在超声波细胞粉碎机中进行超声处理，功率设置为1500w，处理时间30min，制成香蕉纳米纤维素悬浮液。

10、上述技术方案中，进一步地，步骤2中，制备ph响应聚合物的聚合温度为55～45℃，时间为10～12h；干燥温度为25～35℃，时间为24h。制备ph响应气凝胶的冷冻干燥温度为-60℃时间为48h；烘干温度为100～120℃，时间为30min；干燥温度为55～65℃，时间为12h。

11、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

12、(1)本发明以废弃香蕉茎秆作为原料制备香蕉纳米纤维素气凝胶，不仅避免了环境污染与资源浪费，而且成本低廉，生态友好，增加了香蕉纤维的附加值，同时也能缓解海洋漏油的问题。

13、(2)本发明采用基于氨基原理的原位聚合法制备出香蕉纳米纤维素气凝胶，制备简单且制备过程对环境友好。

14、(3)本发明香蕉纳米纤维素气凝胶在酸性环境中呈现出亲水/水下疏油的浸润性，在碱性环境中呈现疏水亲油的浸润性，响应时间仅为3s，且具有优异的可重复利用性。对正己烷/水和二氯甲烷/水经过15次循环后的分离效率达到98％。

技术特征：

1.一种基于氨基用于油水分离的ph响应型香蕉纳米纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于：以废弃香蕉茎秆作为原料，通过与具有ph响应的聚合物交联，再进行冷冻干燥制备ph响应香蕉纳米纤维素气凝胶。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

技术总结本发明创造提供了一种基于氨基用于油水分离的pH响应型香蕉纳米纤维素气凝胶的制备方法。以香蕉茎秆为原料，采用物理化学相结合的方法制备香蕉纳米纤维素悬浮液；通过偶氮二异丁腈(AIBN)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、四氢呋喃(THF)和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)聚合形成pH响应聚合物DMAEMA‑co‑MTMS；将制备的香蕉纳米纤维素悬浮液、MTMS和DMAEMA‑co‑MTMS交联，冷冻干燥成具有pH响应的香蕉纳米纤维素气凝胶。本发明创造所述的pH响应气凝胶具有成本低、制备简单、快速pH响应以及优异的油水分离性能。为开发利用香蕉茎秆，提高其附加值提供了可能性，同时也为快速处理工业含油废水和海洋漏油提供了更多的可能性。技术研发人员：张美玲,胡文慧,叶健青,郭凝廷,庄旭品,王好,郑广伟,杨耀文,王占刚受保护的技术使用者：天津工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18