以玉米秸秆为原料的天然吸油材料的制备及性能分析

【摘要】：玉米秸秆具有来源丰富，物理化学性质稳定等特点而得到广泛应用。本文选用玉米秸秆为原料，通过预处理提取其中的纤维素，再用乙酸酐对其进行化学改性来制备天然吸油材料。采用吸油材料对纯原油以及水面漂浮的原油吸油倍率和保油倍率的分析来实现制备条件的优化，同时考察材料的吸附稳定性。通过对水中溶解油的吸附来确定材料的吸附饱和时间以及温度、盐度、液固比对吸附过程的影响。利用SEM、XRD、FT-IR、BET、接触角分析来表征改性前后材料的形态，结晶度，化学结构以及对油吸附过程的变化。 根据对纯油以及水面浮油的吸油倍率和保油倍率的结果分析，乙酰化纤维素的最佳制备条件为：温度120℃，时间7h。吸油实验表明，纤维素纤维对水面浮油的吸附量要大于纯油并且吸油后纤维能稳定漂浮于水面。对微量油吸附的结果分析表明，所制备材料的吸附动力学曲线与拟二阶方程符合，平衡吸附量为0.0606g/g，拟二阶方程的速率常数为16.267g/(g min)。温度、盐度、液固比对吸附效果会产生一定影响，在10-20℃范围内去除率逐渐上升，在20-35℃范围内逐渐降低，20℃时的去除率最高，为97.14%。盐度亦有类似的结果，当NaCl浓度为2.0%时，去除率最高，为94.67%。随着液固比的增加，去除率逐渐降低，但吸油量逐渐升高。 通过SEM、FT-IR、XRD和接触角分析对处理前后的秸秆纤维进行表征。SEM分析结果表明，玉米秸秆纤维内部本身呈疏松多孔结构，并且表面含有大量的凸起和褶皱，提供了大量的储油空间。通过预处理去除了包裹在纤维素周围的的半纤维素和木质素，使微米级的纤维素纤维从纤维束中分离出来，乙酰化改性用乙酰基取代羟基，使纤维素纤维中亲油性基团增加，且孔径增大，孔隙率增加。XRD结果显示纤维结晶度由处理前是33.59降低到处理后5.34，纤维表面非结晶区比例升高，有利于油的吸附和储存。FT-IR显示，经过预处理出现了纤维素吸收峰，经过乙酰化改性出现了乙酰基吸收峰，同时羟基吸收峰强度显著减弱。接触角分析表明，经过改性，纤维素的亲油疏水性显著增强，吸油速率加快，而且吸油速率与油的粘度及表面张力呈反比。 【关键词】：纤维素 预处理 乙酰化 吸附 油
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ914.3;O647.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 文献综述7-26
• 1.1 海上溢油的来源及危害7-9
• 1.1.1 海上溢油事故概况7-8
• 1.1.2 海上溢油事故的影响8-9
• 1.2 海上溢油的处理方式9-12
• 1.2.1 机械法9-10
• 1.2.2 反应法10-11
• 1.2.3 细菌法11-12
• 1.3 吸油材料12-14
• 1.4 纤维素14-24
• 1.4.1 纤维素简介15
• 1.4.2 纤维素预处理15-16
• 1.4.3 纤维素改性16-17
• 1.4.4 纤维素的吸油机理17-18
• 1.4.5 影响纤维吸附特性的因素及影响机理18-19
• 1.4.6 纤维吸附性能的测试方法与测试指标19-22
• 1.4.7 织物吸附性能测试方法与表征指标22-23
• 1.4.8 纤维素的研究历史与现状23-24
• 1.5 本课题的研究内容及意义24-26
• 1.5.1 课题的提出24
• 1.5.2 研究内容24-25
• 1.5.3 研究意义25-26
• 第二章 研究方案与实验方法26-33
• 2.1 实验设备与实验材料26-28
• 2.1.1 实验设备26-27
• 2.1.2 分析仪器27
• 2.1.3 主要试剂27-28
• 2.2 实验方法28-31
• 2.2.1 玉米秸秆的预处理28
• 2.2.2 纤维素的乙酰化改性28
• 2.2.3 改性后的纤维素纤维对纯油的吸附实验28-29
• 2.2.4 改性后的纤维素纤维对水面浮油的吸附实验29
• 2.2.5 改性后的纤维素纤维对水中溶解油的吸附实验29-31
• 2.3 分析与表征31-33
• 2.3.1 场发射扫描电子显微镜31
• 2.3.2 BET 分析31
• 2.3.3 接触角分析31-32
• 2.3.4 XRD 分析32
• 2.3.5 红外光谱分析(FT-IR)32-33
• 第三章 实验结果与讨论33-59
• 3.1 玉米秸秆改性前后色泽变化33
• 3.2 反应温度和反应时间对 WPG 的影响33-35
• 3.3 不同条件下制备的材料对纯油及水面浮油的吸附效果35-43
• 3.3.1 不同条件下制备的材料对纯油的吸附效果35-39
• 3.3.2 不同条件下制备的材料对水面浮油的吸附效果39-43
• 3.4 改性后纤维素纤维对水中溶解油的吸附效果43-49
• 3.4.1 吸附动力学曲线44-46
• 3.4.2 温度的影响46-47
• 3.4.3 盐度的影响47-48
• 3.4.4 固液比的影响48-49
• 3.5 材料的 SEM 及 BET 分析49-52
• 3.6 接触角分析52-55
• 3.6.1 静态接触角分析52-53
• 3.6.2 动态铺展过程53-55
• 3.7 XRD 分析55-57
• 3.8 FT-IR 分析57-59
• 第四章 结论与建议59-61
• 4.1 结论59-60
• 4.2 建议与展望60-61
• 参考文献61-67
• 发表论文和参加科研情况说明67-68
• 致谢68

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