最新一种油田用玉米秸秆油污吸附剂及其制备方法与流程

将乐信息网 http://www.jianglexinxi.cn 2020-10-18 07:40 出处:网络
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本发明涉及油污吸附领域,具体是一种油田用玉米秸秆油污吸附剂及其制备方法。



背景技术:

现代社会经济的发展离不开石油的支持,但是随着海上石油开采的迅猛增加,井喷、石油输送管道破裂、海上石油开采平台爆炸、石油运输过程中的沉船、撞船、石油泄漏等事件接连不断,造成石油资源的严重浪费,于此同时,石油污染也成了我们需要重点关注的问题。

溢油吸附剂主要分为无机矿物材料、有机合成材料和有机天然材料三类,随着研究的深入,我们发现玉米秸秆具有成本低,可生物降解等性能,可作为油污吸附剂的制备材料,但其吸附量较小,给我们的实际应用带来不便。

针对该问题,我们设计了一种油田用玉米秸秆油污吸附剂及其制备方法,这是我们亟待解决的技术问题之一。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种油田用玉米秸秆油污吸附剂及其制备方法,以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种油田用玉米秸秆油污吸附剂,所述吸附剂各组分原料包括:以重量计,氧化海藻酸钠20-25份、预处理纤维10-15份、聚乙烯醇15-20份、改性碳纤维6-12份、交联剂2-5份、三甲基硅烷10-20份、还原氧化石墨烯10-20份。

本发明公开了一种油田用玉米秸秆油污吸附剂及其制备方法,其中包括氧化海藻酸钠、预处理纤维、改性碳纤维等组分,在制备时以改性碳纤维、氧化海藻酸钠和预处理纤维为主体,以聚乙烯醇为增强相,制备得到具有高比表面积、高吸附量的改性凝胶,再通过三甲基硅烷、还原氧化石墨烯进行疏水处理,得到油污吸附剂,该吸附剂具有一定的疏水亲油性能,且吸油、保油能力优异。

较优化的方案,所述改性碳纤维各组分原料包括:以重量计,六水合硝酸锌8-10份、2-甲基咪唑20-22份、甲醇15-20份、n,n-二甲基甲酰胺40-45份、聚丙烯腈5-7份。

本发明还设计了一种改性碳纤维,先通过六水合硝酸锌、2-甲基咪唑等物料制备一种金属有机骨架纳米颗粒(zif-8),该材料为多面体结构,材料表面存在大量微孔、介孔,纳米颗粒在改性碳纤维制备过程中可均匀分布在聚丙烯腈基纤维表面并串连成纤维结构,部分纳米颗粒嵌在纤维内部;经过后续预氧化、碳化处理后,高温下纳米颗粒会热解,zn2+高温还原,由于zn的熔点较低,还原后的zn在热解产物内部快速流动甚至气化喷出,使得纤维内部出现大量孔道;在热解过程中,依旧存在部分纳米颗粒并未发生热解坍塌,使得材料依旧保留大量的微孔结构,而且在高温下聚丙烯腈的热解收缩率与纳米颗粒不同,二者出现孔隙差,导致大量孔隙的形成,由上可知,通过预氧化、碳化处理后得到的改性碳纤维具有大量的微孔、介孔,能够有效提高吸附剂的吸附容量和吸附效率。

较优化的方案,所述预处理纤维组分原料包括:以重量计,玉米秸秆10-20份、纳米二氧化硅20-25份、混合溶剂18-22份、亚氯酸钠30-35份、氢氧化钠30-35份。

在预处理纤维制备时,先将玉米秸秆浸泡在水、纳米二氧化硅乳液中,此时纳米二氧化硅和水分子会逐渐渗透至秸秆内部,再在高温高压条件下进行汽爆,纤维内部的水分子会向外膨胀,使得玉米秸秆撕裂成纤维状,便于后续进行纤维素提纯操作;同时纳米二氧化硅在该过程中会与玉米秸秆中的纤维交联结合,使得爆破后的玉米秸秆纤维具有一定的疏水性。

由于玉米秸秆中含有纤维素、半纤维和木质素,还有少量的脂肪、蜡等天然大分子,秸秆纤维中木质素与半纤维素分布在纤维素外部,且木质素和半纤维素的存在会破坏纤维素的加工性能,因此我们在处理时需要除去木质素和半纤维素;因此在汽爆处理后,我们对玉米秸秆纤维进行苯醇抽提处理,使其表面粗糙度增加,再通过亚氯酸钠进行酸解,处理后玉米秸秆纤维进一步分裂,纤维发生断裂,纤维内部的木质素被除去;酸解后进行碱处理,纤维中空管腔发生塌陷,表面的褶皱加深,粗糙度继续增加,同时半纤维素和木质素被除去,经过上述步骤处理后得到预处理纤维,预处理纤维表面粗糙度较高,纤维材料中的半纤维素和木质素被除去,同时预处理纤维进一步断裂分散形成单根纤维,比表面积较高,分散性能好。

较优化的方案,所述氧化海藻酸钠由海藻酸钠、高碘酸钠、乙二醇反应制备得到;所述交联剂包括氯化钙和戊二醛,所述氯化钙、戊二醛的质量比为1:(1-1.5)。

本发明中添加了氧化海藻酸钠,海藻酸钠具有优异的可生物降解性能,协同玉米秸秆作用,降低油污吸附剂的后续处理难度,提高其可生物降解性能。

较优化的方案,所述混合溶剂包括甲苯和乙醇,所述甲苯和乙醇的体积比为2:1。

较优化的方案,一种油田用玉米秸秆油污吸附剂的制备方法,包括以下步骤:

1)准备物料;

2)预处理纤维的制备:

a)取玉米秸秆,剪成2-4cm的小段,加水浸泡,再置于纳米二氧化硅乳液中浸泡,高压蒸汽爆破,爆破后高速搅拌,静置晾干,得到物料a;

b)取甲苯、乙醇,搅拌混合,再加入物料a,90-92℃下油浴抽提6-8h,乙醇清洗,室温干燥,得到物料b;取亚氯酸钠,冰醋酸调节ph,再加入物料b,水浴反应2-3h,水浴温度为90-92℃,反应结束后洗涤至中性,烘干,烘干后再置于氢氧化钠溶液中,88-90℃下反应1-1.5h,反应结束后洗涤至中性,干燥,得到预处理纤维;

3)改性碳纤维的制备:

a)取六水合硝酸锌,甲醇溶解,混合搅拌,再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液,搅拌,离心分离,甲醇洗涤,真空干燥,得到物料c;

b)取物料c和n,n-二甲基甲酰胺,混合搅拌,超声分散3-5min,再加入聚丙烯腈,室温下搅拌,将搅拌后的物料转移至静电纺丝注射器中纺丝,真空干燥,得到纺丝纤维;

c)将纺丝纤维置于马弗炉中,250-260℃下预氧化2-2.2h,再升温至700-900℃,于氩气环境下碳化,得到改性碳纤维;

4)氧化海藻酸钠的制备:取海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,反应得到氧化海藻酸钠;

5)改性凝胶的制备:取氧化海藻酸钠和预处理纤维,搅拌混合,再依次加入聚乙烯醇和改性碳纤维,继续搅拌,-10℃冷冻12h,冷冻后加入硫酸调节ph,加入氯化钙,混合搅拌,再加入戊二醛,继续搅拌,搅拌后置于-20℃冷冻,得到改性凝胶;本发明中在制备改性凝胶时,采用冷冻干燥的方式,制备后凝胶可形成蜂窝状的多孔道,能够进一步提高吸附剂的吸附性能;

6)取改性凝胶,置于三甲基硅烷溶液中,浸泡,取出于室温下静置,再置于真空干燥箱中,70-80℃硅烷化处理2-2.2h,干燥后置于还原氧化石墨烯中,浸泡,再置于烘箱中,80-82℃下处理2-2.5h,得到吸附剂。

较优化的方案,包括以下步骤:

1)准备物料:

a)按比例称取聚乙烯醇、氯化钙、戊二醛、三甲基硅烷、还原氧化石墨烯、海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,备用;

b)按比例称取六水合硝酸锌、2-甲基咪唑、甲醇、n,n-二甲基甲酰胺、聚丙烯腈、玉米秸秆、纳米二氧化硅、甲苯、亚氯酸钠、氢氧化钠和乙醇,备用;

2)预处理纤维的制备:

a)取玉米秸秆,剪成2-4cm的小段,加水浸泡6-8h,再置于纳米二氧化硅乳液中浸泡8-10h,高压蒸汽爆破3-4次,爆破后高速搅拌10-20min,静置晾干,得到物料a;

b)取甲苯、乙醇,搅拌混合10-15min,再加入物料a,90-92℃下油浴抽提6-8h,乙醇清洗,室温干燥,得到物料b;取亚氯酸钠,冰醋酸调节ph至4-5,再加入物料b,水浴反应2-3h,水浴温度为90-92℃,反应结束后洗涤至中性,60-65℃烘干,烘干后再置于氢氧化钠溶液中,88-90℃下反应1-1.5h,反应结束后洗涤至中性,干燥,得到预处理纤维;

3)改性碳纤维的制备:

a)取六水合硝酸锌,甲醇溶解,混合搅拌10-20min,再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液,28-30℃条件下搅拌1-1.2h,离心分离,离心转速为10000-11000r/min,甲醇洗涤,真空干燥,得到物料c;

b)取物料c和n,n-二甲基甲酰胺,混合搅拌10-15min,超声分散3-5min,再加入聚丙烯腈,室温下搅拌30-40h,搅拌速度为800r/min,将搅拌后的物料转移至静电纺丝注射器中纺丝,真空干燥,得到纺丝纤维;

c)将纺丝纤维置于马弗炉中,250-260℃下预氧化2-2.2h,再升温至700-900℃,于氩气环境下碳化,升温速率为5-6℃/min,得到改性碳纤维;

4)氧化海藻酸钠的制备:取海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,反应得到氧化海藻酸钠;

5)改性凝胶的制备:取氧化海藻酸钠和预处理纤维,搅拌混合30-40min,再依次加入聚乙烯醇和改性碳纤维,继续搅拌1-1.2h,-10℃冷冻12h,冷冻后加入硫酸调节ph为4-6,加入氯化钙,混合搅拌10-20min,再加入戊二醛,继续搅拌40-50min,搅拌后置于-20℃冷冻12-14h,得到改性凝胶;

6)取改性凝胶,置于三甲基硅烷溶液中,浸泡10-15min,取出于室温下静置30-40min,再置于真空干燥箱中,70-80℃硅烷化处理2-2.2h,干燥后置于还原氧化石墨烯中,浸泡15-20min,再置于烘箱中,80-82℃下处理2-2.5h,得到吸附剂。

较优化的方案,步骤4)中,氧化海藻酸钠的制备方法为:取海藻酸钠,去离子水溶解,混合搅拌10-20min,再加入高碘酸钠,调节ph为4,搅拌10-15min,避光反应4-5h,再加入乙二醇,搅拌反应10-20min,洗涤干燥,得到氧化海藻酸钠。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

本发明制备时,首先对玉米秸秆纤维进行蒸汽爆破,并浸润纳米二氧化硅,使得玉米秸秆纤维撕裂形成纤维状结构,并且该纤维状结构具有一定的疏水性能;蒸汽爆破后又对其进行苯醇抽提、酸解、碱处理等操作,不仅可以去除其中含有的木质素和半纤维素,而且长段纤维进一步断裂破碎,形成单根纤维,可有效提高纤维的吸附位点和吸附容量;本发明还通过聚丙烯腈等组分制备得到改性碳纤维,该改性碳纤维由聚丙烯腈纤维复合金属多孔材料制备得到,表面具有大量的微孔、介孔孔道,可有效提高吸附剂的吸附容量和吸附效率;最终本申请以氧化海藻酸钠、改性碳纤维、预处理纤维为基体,疏水改性后制备得到吸附剂。

本发明公开了一种油田用玉米秸秆油污吸附剂及其制备方法,组分设计合理,工艺操作简单,制备得到的吸附剂具有优异的疏水亲油性能,且油污吸附容量明显增大,比表面积高,保油性能优异,可适用于多种工况下,具有较高的实用性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例1:

s1:准备物料:

按比例称取聚乙烯醇、氯化钙、戊二醛、三甲基硅烷、还原氧化石墨烯、海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,备用;

按比例称取六水合硝酸锌、2-甲基咪唑、甲醇、n,n-二甲基甲酰胺、聚丙烯腈、玉米秸秆、纳米二氧化硅、甲苯、亚氯酸钠、氢氧化钠和乙醇,备用;

s2:预处理纤维的制备:

取玉米秸秆,剪成2cm的小段,加水浸泡6h,再置于纳米二氧化硅乳液中浸泡8h,高压蒸汽爆破3次,爆破后高速搅拌10min,静置晾干,得到物料a;

取甲苯、乙醇,搅拌混合10min,再加入物料a,90℃下油浴抽提6h,乙醇清洗,室温干燥,得到物料b;取亚氯酸钠,冰醋酸调节ph至4,再加入物料b,水浴反应2h,水浴温度为90℃,反应结束后洗涤至中性,60℃烘干,烘干后再置于氢氧化钠溶液中,88℃下反应1h,反应结束后洗涤至中性,干燥,得到预处理纤维;

s3:改性碳纤维的制备:

取六水合硝酸锌,甲醇溶解,混合搅拌10min,再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液,28℃条件下搅拌1h,离心分离,离心转速为10000r/min,甲醇洗涤,真空干燥,得到物料c;

取物料c和n,n-二甲基甲酰胺,混合搅拌10min,超声分散3min,再加入聚丙烯腈,室温下搅拌30h,搅拌速度为800r/min,将搅拌后的物料转移至静电纺丝注射器中纺丝,真空干燥,得到纺丝纤维;

将纺丝纤维置于马弗炉中,250℃下预氧化2h,再升温至700℃,于氩气环境下碳化,升温速率为5℃/min,得到改性碳纤维;

s4:氧化海藻酸钠的制备:

取海藻酸钠,去离子水溶解,混合搅拌10min,再加入高碘酸钠,调节ph为4,搅拌10min,避光反应4h,再加入乙二醇,搅拌反应10min,洗涤干燥,得到氧化海藻酸钠;

s5:改性凝胶的制备:

取氧化海藻酸钠和预处理纤维,搅拌混合30min,再依次加入聚乙烯醇和改性碳纤维,继续搅拌1h,-10℃冷冻12h,冷冻后加入硫酸调节ph为4,加入氯化钙,混合搅拌10min,再加入戊二醛,继续搅拌40min,搅拌后置于-20℃冷冻12h,得到改性凝胶;

s6:吸附剂的制备:

取改性凝胶,置于三甲基硅烷溶液中,浸泡10min,取出于室温下静置30-40min,再置于真空干燥箱中,70℃硅烷化处理2h,干燥后置于还原氧化石墨烯中,浸泡15min,再置于烘箱中,80℃下处理2h,得到吸附剂。

本实施例中,吸附剂各组分原料包括:以重量计,氧化海藻酸钠20份、预处理纤维10份、聚乙烯醇15份、改性碳纤维6份、交联剂2份、三甲基硅烷10份、还原氧化石墨烯10份。

其中改性碳纤维各组分原料包括:以重量计,六水合硝酸锌8份、2-甲基咪唑20份、甲醇15份、n,n-二甲基甲酰胺40份、聚丙烯腈5份。预处理纤维组分原料包括:以重量计,玉米秸秆10份、纳米二氧化硅20份、混合溶剂18份、亚氯酸钠30份、氢氧化钠30份。

氯化钙、戊二醛的质量比为1:1;述甲苯和乙醇的体积比为2:1。

实施例2:

s1:准备物料:

按比例称取聚乙烯醇、氯化钙、戊二醛、三甲基硅烷、还原氧化石墨烯、海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,备用;

按比例称取六水合硝酸锌、2-甲基咪唑、甲醇、n,n-二甲基甲酰胺、聚丙烯腈、玉米秸秆、纳米二氧化硅、甲苯、亚氯酸钠、氢氧化钠和乙醇,备用;

s2:预处理纤维的制备:

取玉米秸秆,剪成3cm的小段,加水浸泡7h,再置于纳米二氧化硅乳液中浸泡9h,高压蒸汽爆破3-4次,爆破后高速搅拌15min,静置晾干,得到物料a;

取甲苯、乙醇,搅拌混合13min,再加入物料a,91℃下油浴抽提7h,乙醇清洗,室温干燥,得到物料b;取亚氯酸钠,冰醋酸调节ph至4-5,再加入物料b,水浴反应2.5h,水浴温度为91℃,反应结束后洗涤至中性,62℃烘干,烘干后再置于氢氧化钠溶液中,89℃下反应1.2h,反应结束后洗涤至中性,干燥,得到预处理纤维;

s3:改性碳纤维的制备:

取六水合硝酸锌,甲醇溶解,混合搅拌15min,再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液,29℃条件下搅拌1.1h,离心分离,离心转速为10500r/min,甲醇洗涤,真空干燥,得到物料c;

取物料c和n,n-二甲基甲酰胺,混合搅拌12min,超声分散4min,再加入聚丙烯腈,室温下搅拌35h,搅拌速度为800r/min,将搅拌后的物料转移至静电纺丝注射器中纺丝,真空干燥,得到纺丝纤维;

将纺丝纤维置于马弗炉中,255℃下预氧化2.1h,再升温至800℃,于氩气环境下碳化,升温速率为5℃/min,得到改性碳纤维;

s4:氧化海藻酸钠的制备:

取海藻酸钠,去离子水溶解,混合搅拌15min,再加入高碘酸钠,调节ph为4,搅拌12min,避光反应4.5h,再加入乙二醇,搅拌反应15min,洗涤干燥,得到氧化海藻酸钠;

s5:改性凝胶的制备:

取氧化海藻酸钠和预处理纤维,搅拌混合35min,再依次加入聚乙烯醇和改性碳纤维,继续搅拌1.1h,-10℃冷冻12h,冷冻后加入硫酸调节ph为5,加入氯化钙,混合搅拌15min,再加入戊二醛,继续搅拌45min,搅拌后置于-20℃冷冻13h,得到改性凝胶;

s6:吸附剂的制备:

取改性凝胶,置于三甲基硅烷溶液中,浸泡12min,取出于室温下静置35min,再置于真空干燥箱中,75℃硅烷化处理2.1h,干燥后置于还原氧化石墨烯中,浸泡18min,再置于烘箱中,81℃下处理2.2h,得到吸附剂。

本实施例中,吸附剂各组分原料包括:以重量计,氧化海藻酸钠24份、预处理纤维12份、聚乙烯醇18份、改性碳纤维10份、交联剂3份、三甲基硅烷15份、还原氧化石墨烯15份。

其中改性碳纤维各组分原料包括:以重量计,六水合硝酸锌9份、2-甲基咪唑21份、甲醇18份、n,n-二甲基甲酰胺42份、聚丙烯腈6份。预处理纤维组分原料包括:以重量计,玉米秸秆15份、纳米二氧化硅22份、混合溶剂20份、亚氯酸钠32份、氢氧化钠32份。

氯化钙、戊二醛的质量比为1:1.2;述甲苯和乙醇的体积比为2:1。

实施例3:

s1:准备物料:

按比例称取聚乙烯醇、氯化钙、戊二醛、三甲基硅烷、还原氧化石墨烯、海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,备用;

按比例称取六水合硝酸锌、2-甲基咪唑、甲醇、n,n-二甲基甲酰胺、聚丙烯腈、玉米秸秆、纳米二氧化硅、甲苯、亚氯酸钠、氢氧化钠和乙醇,备用;

s2:预处理纤维的制备:

取玉米秸秆,剪成4cm的小段,加水浸泡8h,再置于纳米二氧化硅乳液中浸泡10h,高压蒸汽爆破4次,爆破后高速搅拌20min,静置晾干,得到物料a;

取甲苯、乙醇,搅拌混合15min,再加入物料a,92℃下油浴抽提8h,乙醇清洗,室温干燥,得到物料b;取亚氯酸钠,冰醋酸调节ph至5,再加入物料b,水浴反应3h,水浴温度为92℃,反应结束后洗涤至中性,65℃烘干,烘干后再置于氢氧化钠溶液中,90℃下反应1.5h,反应结束后洗涤至中性,干燥,得到预处理纤维;

s3:改性碳纤维的制备:

取六水合硝酸锌,甲醇溶解,混合搅拌20min,再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液,30℃条件下搅拌1.2h,离心分离,离心转速为11000r/min,甲醇洗涤,真空干燥,得到物料c;

取物料c和n,n-二甲基甲酰胺,混合搅拌15min,超声分散5min,再加入聚丙烯腈,室温下搅拌40h,搅拌速度为800r/min,将搅拌后的物料转移至静电纺丝注射器中纺丝,真空干燥,得到纺丝纤维;

将纺丝纤维置于马弗炉中,260℃下预氧化2.2h,再升温至900℃,于氩气环境下碳化,升温速率为6℃/min,得到改性碳纤维;

s4:氧化海藻酸钠的制备:

取海藻酸钠,去离子水溶解,混合搅拌20min,再加入高碘酸钠,调节ph为4,搅拌15min,避光反应5h,再加入乙二醇,搅拌反应20min,洗涤干燥,得到氧化海藻酸钠;

s5:改性凝胶的制备:

取氧化海藻酸钠和预处理纤维,搅拌混合40min,再依次加入聚乙烯醇和改性碳纤维,继续搅拌1.2h,-10℃冷冻12h,冷冻后加入硫酸调节ph为6,加入氯化钙,混合搅拌20min,再加入戊二醛,继续搅拌50min,搅拌后置于-20℃冷冻14h,得到改性凝胶;

s6:吸附剂的制备:

取改性凝胶,置于三甲基硅烷溶液中,浸泡15min,取出于室温下静置40min,再置于真空干燥箱中,80℃硅烷化处理2.2h,干燥后置于还原氧化石墨烯中,浸泡20min,再置于烘箱中,82℃下处理2.5h,得到吸附剂。

本实施例中,吸附剂各组分原料包括:以重量计,氧化海藻酸钠25份、预处理纤维15份、聚乙烯醇20份、改性碳纤维12份、交联剂5份、三甲基硅烷20份、还原氧化石墨烯20份。

其中改性碳纤维各组分原料包括:以重量计,六水合硝酸锌10份、2-甲基咪唑22份、甲醇20份、n,n-二甲基甲酰胺45份、聚丙烯腈5-7份。预处理纤维组分原料包括:以重量计,玉米秸秆20份、纳米二氧化硅25份、混合溶剂22份、亚氯酸钠35份、氢氧化钠35份。

氯化钙、戊二醛的质量比为1:1.5;述甲苯和乙醇的体积比为2:1。

实验1:疏水性能

取实施例1-3制备的吸附剂,采用上海梭伦信息科技有限公司生产的sl200b接触角仪测试材料的静态接触角;测试时使用体积约为3μl的蒸馏水和四氯化碳为测试液体,选取样品的一个平面为基线,记录液滴从开始接触样品平面到稳定于平面的过程,采用量角法测定样品的接触角数值,检测时选取样品5个不同区域位置测试,读数后取平均值作为最终结果。

实验2:吸油、保油性能

取实施例1-3制备的吸附剂作为样品,取250ml蒸馏水+250ml油品(柴油)配置油水混合物,记录样品吸附油品之前的质量m1,接着将样品浸没在油水混合物中,静置一定时间,待样品吸附油品饱和后,取出样品静置30s左右,在重力作用下使得多余的油品滴落,记录此时样品的质量m2,然后将吸附饱和的样品继续静置30min,再测量30min后样品的质量m3,通过以下公式计算样品的吸油能力m、保油率n。

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实验结果如下表所示:

结论:本发明组分设计合理,工艺操作简单,制备得到的吸附剂具有优异的疏水亲油性能,且油污吸附容量明显增大,比表面积高,保油性能优异,可适用于多种工况下,具有较高的实用性。

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。


技术特征:

1.一种油田用玉米秸秆油污吸附剂,其特征在于:所述吸附剂各组分原料包括:以重量计,氧化海藻酸钠20-25份、预处理纤维10-15份、聚乙烯醇15-20份、改性碳纤维6-12份、交联剂2-5份、三甲基硅烷10-20份、还原氧化石墨烯10-20份。

2.根据权利要求1所述的一种油田用玉米秸秆油污吸附剂,其特征在于:所述改性碳纤维各组分原料包括:以重量计,六水合硝酸锌8-10份、2-甲基咪唑20-22份、甲醇15-20份、n,n-二甲基甲酰胺40-45份、聚丙烯腈5-7份。

3.根据权利要求1所述的一种油田用玉米秸秆油污吸附剂,其特征在于:所述预处理纤维组分原料包括:以重量计,玉米秸秆10-20份、纳米二氧化硅20-25份、混合溶剂18-22份、亚氯酸钠30-35份、氢氧化钠30-35份。

4.根据权利要求1所述的一种油田用玉米秸秆油污吸附剂,其特征在于:所述氧化海藻酸钠由海藻酸钠、高碘酸钠、乙二醇反应制备得到;所述交联剂包括氯化钙和戊二醛,所述氯化钙、戊二醛的质量比为1:(1-1.5)。

5.根据权利要求3所述的一种油田用玉米秸秆油污吸附剂,其特征在于:所述混合溶剂包括甲苯和乙醇,所述甲苯和乙醇的体积比为2:1。

6.一种油田用玉米秸秆油污吸附剂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

1)准备物料;

2)预处理纤维的制备:

a)取玉米秸秆,剪成2-4cm的小段,加水浸泡,再置于纳米二氧化硅乳液中浸泡,高压蒸汽爆破,爆破后高速搅拌,静置晾干,得到物料a;

b)取甲苯、乙醇,搅拌混合,再加入物料a,90-92℃下油浴抽提6-8h,乙醇清洗,室温干燥,得到物料b;取亚氯酸钠,冰醋酸调节ph,再加入物料b,水浴反应2-3h,水浴温度为90-92℃,反应结束后洗涤至中性,烘干,烘干后再置于氢氧化钠溶液中,88-90℃下反应1-1.5h,反应结束后洗涤至中性,干燥,得到预处理纤维;

3)改性碳纤维的制备:

a)取六水合硝酸锌,甲醇溶解,混合搅拌,再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液,搅拌,离心分离,甲醇洗涤,真空干燥,得到物料c;

b)取物料c和n,n-二甲基甲酰胺,混合搅拌,超声分散3-5min,再加入聚丙烯腈,室温下搅拌,将搅拌后的物料转移至静电纺丝注射器中纺丝,真空干燥,得到纺丝纤维;

c)将纺丝纤维置于马弗炉中,250-260℃下预氧化2-2.2h,再升温至700-900℃,于氩气环境下碳化,得到改性碳纤维;

4)氧化海藻酸钠的制备:取海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,反应得到氧化海藻酸钠;

5)改性凝胶的制备:取氧化海藻酸钠和预处理纤维,搅拌混合,再依次加入聚乙烯醇和改性碳纤维,继续搅拌,-10℃冷冻12h,冷冻后加入硫酸调节ph,加入氯化钙,混合搅拌,再加入戊二醛,继续搅拌,搅拌后置于-20℃冷冻,得到改性凝胶;

6)取改性凝胶,置于三甲基硅烷溶液中,浸泡,取出于室温下静置,再置于真空干燥箱中,70-80℃硅烷化处理2-2.2h,干燥后置于还原氧化石墨烯中,浸泡,再置于烘箱中,80-82℃下处理2-2.5h,得到吸附剂。

7.根据权利要求6所述的一种油田用玉米秸秆油污吸附剂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

1)准备物料:

a)按比例称取聚乙烯醇、氯化钙、戊二醛、三甲基硅烷、还原氧化石墨烯、海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,备用;

b)按比例称取六水合硝酸锌、2-甲基咪唑、甲醇、n,n-二甲基甲酰胺、聚丙烯腈、玉米秸秆、纳米二氧化硅、甲苯、亚氯酸钠、氢氧化钠和乙醇,备用;

2)预处理纤维的制备:

a)取玉米秸秆,剪成2-4cm的小段,加水浸泡6-8h,再置于纳米二氧化硅乳液中浸泡8-10h,高压蒸汽爆破3-4次,爆破后高速搅拌10-20min,静置晾干,得到物料a;

b)取甲苯、乙醇,搅拌混合10-15min,再加入物料a,90-92℃下油浴抽提6-8h,乙醇清洗,室温干燥,得到物料b;取亚氯酸钠,冰醋酸调节ph至4-5,再加入物料b,水浴反应2-3h,水浴温度为90-92℃,反应结束后洗涤至中性,60-65℃烘干,烘干后再置于氢氧化钠溶液中,88-90℃下反应1-1.5h,反应结束后洗涤至中性,干燥,得到预处理纤维;

3)改性碳纤维的制备:

a)取六水合硝酸锌,甲醇溶解,混合搅拌10-20min,再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液,28-30℃条件下搅拌1-1.2h,离心分离,离心转速为10000-11000r/min,甲醇洗涤,真空干燥,得到物料c;

b)取物料c和n,n-二甲基甲酰胺,混合搅拌10-15min,超声分散3-5min,再加入聚丙烯腈,室温下搅拌30-40h,搅拌速度为800r/min,将搅拌后的物料转移至静电纺丝注射器中纺丝,真空干燥,得到纺丝纤维;

c)将纺丝纤维置于马弗炉中,250-260℃下预氧化2-2.2h,再升温至700-900℃,于氩气环境下碳化,升温速率为5-6℃/min,得到改性碳纤维;

4)氧化海藻酸钠的制备:取海藻酸钠、高碘酸钠和乙二醇,反应得到氧化海藻酸钠;

5)改性凝胶的制备:取氧化海藻酸钠和预处理纤维,搅拌混合30-40min,再依次加入聚乙烯醇和改性碳纤维,继续搅拌1-1.2h,-10℃冷冻12h,冷冻后加入硫酸调节ph为4-6,加入氯化钙,混合搅拌10-20min,再加入戊二醛,继续搅拌40-50min,搅拌后置于-20℃冷冻12-14h,得到改性凝胶;

6)取改性凝胶,置于三甲基硅烷溶液中,浸泡10-15min,取出于室温下静置30-40min,再置于真空干燥箱中,70-80℃硅烷化处理2-2.2h,干燥后置于还原氧化石墨烯中,浸泡15-20min,再置于烘箱中,80-82℃下处理2-2.5h,得到吸附剂。

8.根据权利要求7所述的一种油田用玉米秸秆油污吸附剂的制备方法,其特征在于:步骤4)中,氧化海藻酸钠的制备方法为:取海藻酸钠,去离子水溶解,混合搅拌10-20min,再加入高碘酸钠,调节ph为4,搅拌10-15min,避光反应4-5h,再加入乙二醇,搅拌反应10-20min,洗涤干燥,得到氧化海藻酸钠。

技术总结
本发明公开了一种油田用玉米秸秆油污吸附剂及其制备方法,其中包括氧化海藻酸钠、预处理纤维、改性碳纤维等组分,在制备时以改性碳纤维、氧化海藻酸钠和预处理纤维为主体,以聚乙烯醇为增强相,制备得到具有高比表面积、高吸附量的改性凝胶,再通过三甲基硅烷、还原氧化石墨烯进行疏水处理,得到油污吸附剂,该吸附剂具有一定的疏水亲油性能,且吸油、保油能力优异;本发明公开了一种油田用玉米秸秆油污吸附剂及其制备方法,组分设计合理,工艺操作简单,制备得到的吸附剂具有优异的疏水亲油性能,且油污吸附容量明显增大,比表面积高,保油性能优异,可适用于多种工况下,具有较高的实用性。

技术研发人员:李娟
受保护的技术使用者:李娟
技术研发日:2020.03.24
技术公布日:2020.06.26

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