纤维素原位接枝蓖麻油聚合物吸油材料设计及其构效关系研究

Lignocellulose is one of the rich forest products in our country. Taking lignocellulose as the raw material, novel biodegradable materials for oil sorbent are prepared by in-situ graft polymerization of epoxidized dehydrated castor oil. The reaction behaviors of the in-situ graft polymerization between cellulose and castor are studied , as well as reaction network, in order to explore the reaction mechanism. Morphology and structure of the oil sorbent are characterized by NMR, FT-IR, SEM, XPS, etc. Furthermore, the influences of thickness, density, polymerization degree, crosslinking degree, and molecular weight distribution of poly(castor oil) and porous structure of cellulose on adsorptive capacity are investigated so as to find effective ways of improving the hydrophobicity and conservation of cellulose-based oil sorbent. Finally, the scientific researches about the mechanism of the in-situ grafting polymerization between cellulose and castor oil, and the structure-activity relationship of adsorptive capacity are investigated and discussed. These studies provide theoretical guidance for design and synthesis of cellulose-grafted-plant oil material as oil sorbent. The project accords with the development of conservation, environment friendly, and low carbon.

以我国丰富的林产生物质资源木质纤维素为吸油材料模型，采用原位接枝法引入环氧脱水蓖麻油聚合物，制备新型生物基可降解吸油材料。通过研究环氧脱水蓖麻油在纤维素骨架结构上的聚合反应行为，构建反应过程网络，探讨两者的接枝反应机理。采用NMR、FT-IR、SEM、XPS等多种分析手段对新型吸油材料的结构、形貌进行表征，探索纤维素材料微孔结构，及接枝蓖麻油聚合物的厚度、密度、聚合度、交联度、分子量分布等对吸油性能的影响。通过研究吸油材料的吸附-脱吸附动力学，探讨材料的吸油机理及其再生利用性，同时在微观角度探索提高纤维素多孔材料的憎水性和保油性的有效途径。本项目通过对纤维素原位接枝环氧脱水蓖麻油聚合反应行为、材料的吸油机理及其构效关系等科学问题进行系统地研究和探讨，为纤维素接枝植物油脂吸油材料的设计和制备提供理论指导，符合节约、环保、低碳的发展思路。

以我国丰富的林产生物质资源木质纤维素为吸油材料模型，采用原位接枝法引入环氧植物油脂聚合物，制备新型生物基可降解油水分离材料。通过研究环氧植物油脂在纤维素骨架结构上的聚合反应行为，构建反应过程网络，探讨两者的接枝反应机理。采用多种分析手段对新型吸油材料的结构、形貌进行表征。通过研究吸油材料的吸附——脱吸附动力学，探讨材料的吸油机理及其再生利用，同时在微观角度探索提高纤维素多孔材料的憎水性和保油性的有效途径。.首先，以林业废弃物提取的纤维素制备气凝胶。将纤维素溶解在氢氧化钠/尿素/水中，并与1,4-丁二醇二缩水甘油醚发生交联反应，经过水洗纯化后冷冻干燥，制备了纤维素气凝胶。结果表明，制备的纤维素气凝胶晶型由纤维素Ⅰ型转变为非晶态结构，气凝胶热稳定性好，纤维素气凝胶具有连续的网状孔结构。制备的纤维素气凝胶密度低至0.0162 g/cm3，吸水倍数达41倍，并具有很好的形状恢复性。.其次，研究了环氧植物油脂对纤维素的疏水化改性。以四氯化锡为催化剂，在一定溶剂体系中催化引发环氧植物油脂在纤维素表面的接枝聚合反应，从而降低纤维素表面的极性和表面能，提高纤维素的亲油疏水性能。结果表明环氧植物油脂在纤维表面聚集为颗粒状纳米结构，使表面粗糙度增加，水滴与固体表面之间“空气垫”的面积分数增加，水滴的接触角可达145.1°。.同时，采用环氧植物油脂对纤维素气凝胶进行疏水改性。制备的疏水气凝胶油水选择性好，水滴的接触角可达132.6°，对原油的吸收倍数为37 g/g，对机油、液体石蜡、甲苯、环己烷等的吸收倍数分别为30、32、28和10 g/g。疏水气凝胶通过简单挤压即可除去吸附物并迅速恢复形状，重复利用30次后，对原油的吸收倍数仍可达33 g/g，且其形状恢复程度可达90%。.本项目通过对纤维素原位接枝环氧脱水蓖麻油聚合反应行为、材料的吸油机理及其构效关系等科学问题进行系统地研究和探讨，为纤维素接枝植物油脂吸油材料的设计和制备提供理论指导，符合节约、环保、低碳的发展思路。