木棉和牛角瓜植物纤维的亲疏水改性及油水分离性能

Natural plant fibers, as one kind of renewable resources in nature, are abundant, biocompatible, and biodegradable. The studies have revealed that some natural plant fibers, themselves or via facile physical and chemical modification, can show superior oil absorbency compared with typical synthetic fibers. To explore fully the potential application of natural plant fibers to address the growing stress on petroleum-based materials, this project is intended to involve two natural plant fibers as the raw materials, kapok fiber and calotropis gigantea fiber with features of large hollow structure and high wax content. The two natural plant fibers will suffer from a hydrophobic modification via the silanes, fatty acids or high oil-absorption resins, or an in-situ hydrophilic modification via hydrogels with three-dimensional structured networks. Subsequently, green and biodegradable materials for oil/water separation will be developed based on kapok and calotropis gigantea fibers, which possess the features of high oil-absorbency, fast oil-absorbing rate, and reusable characteristics. The relationship between the structure and oil/water separation property will be investigated in detail, and the mechanism of hydrophilic/hydrophobic modification will be proposed. By this project, the kapok and calotropis gigantea fibers can be utilized with high added value, and meanwhile, the oil spills over the water or oily water can be treated for an effective protection of surroundings ecological environment. Furthermore,the obtained results from this project will be helpful for the design and development of other types of oil-absorbing materials.

天然植物纤维是自然界中储量丰富的可再生生物质资源，具有良好的生物相容性和生物可降解性。研究发现，一些天然植物纤维本身或通过简单的物理或化学改性获得比典型的有机合成纤维更优的吸油性能。为了解决石油资源日益紧张同时充分开发天然植物纤维的应用潜能，实现天然植物纤维对石油原料的有效替代，本项目拟以木棉和牛角瓜两种具有大中空结构和高蜡质含量的天然植物纤维为原料，通过对两种植物纤维表面分别以硅烷、脂肪酸和高吸油性树脂进行疏水改性或以三维网络水凝胶进行原位亲水修饰，开发基于木棉和牛角瓜植物纤维的具有高吸油倍率、快吸油速率、可循环使用的绿色可生物降解的油水分离材料。通过关联纤维的结构与油水分离性能之间的关系，探讨两种植物纤维的表面亲疏水改性机制。通过本项目最终可实现木棉和牛角瓜植物纤维资源的高值化利用，同时解决油污带来的危害，有效保护生态环境，也可为设计和开发其它类型的吸油材料提供一定的借鉴。

天然植物纤维是自然界中储量丰富的可再生生物质资源，具有良好的生物相容性和生物降解性。为了解决石油资源日益紧张同时充分开发天然植物纤维的应用潜能，本项目以木棉和牛角瓜两种具有大中空结构和高蜡质含量的天然植物纤维为原料，通过对两种纤维进行亲疏水改性，开发基于木棉和牛角瓜纤维的具有高吸油倍率、快吸油速率、可循环使用的绿色可生物降解的吸油材料。..首先对木棉和牛角瓜纤维进行了预处理，发现NaClO2处理能够保持纤维的原始形貌，同时提高纤维的吸油性能；结合接枝、涂覆、浸渍、热解等技术，引入亲油性聚合物（聚甲基丙烯酸丁酯和聚苯乙烯）、长链氟/氯硅烷、天然蜂蜡、二硫化钼等，对木棉和牛角瓜纤维进行功能化改性，改性后的纤维对不同油类的吸收可达自身重量的130倍，吸收百分数增加50%以上，并揭示了功能化改性对提高纤维吸油性能的主要机理；以壳聚糖、明胶、羧甲基/羟丙基纤维素等作为接枝骨架，丙烯酸、N-乙烯基咪唑、N-烯丙基-N'-2-羟乙基硫脲等作为功能单体，通过水溶液自由基聚合或Pickering高内相乳液模板技术构筑了系列具有多层次孔隙结构和丰富功能基团的水凝胶，促使水分子在水凝胶三维空间内的快速扩散，以期能进一步应用于油中水的去除；结合天然植物纤维独特的大中空结构，构筑了系列基于纤维的新型功能材料，用于水环境中重金属离子、氟喹诺酮类抗生素以及4-硝基苯酚等的吸附去除和催化转化。..通过本项目可实现木棉和牛角瓜植物纤维资源的高值化利用，同时解决油污带来的危害，有效保护生态环境，也可为设计和开发其它类型的吸油材料提供一定的借鉴。本项目发表SCI收录论文24篇，授权发明专利1件，申请2件，项目负责人获得卢嘉锡青年人才奖。