新型PHBV吸油材料与传统聚丙烯吸油材料的性能比较研究

1、新型PHBV 吸油材料与传统聚丙烯吸油材料的性能比较研究Comparison of Oil-absorbing Characteristics of PHBV Material and Traditional Oil Absorbent韩梅1,吴兵1,陈学军2,李发生1,谷庆宝1(1.中国环境科学研究院,北京100012; 2.宁波天安生物材料有限公司,宁波315800HAN Mei 1,WU Bing 1,CHEN Xue-jun 2,Ll Fa-sheng 1,GU Oing-bao 1(1.Chinese Research Academy of EnvironmentaI Science

2、 ,Beijing 100012,China ;2.Ningbo Tianan BiomateriaI Co.Limited ,Ningbo 315800,China 摘要:对以完全生物降解PHBV (!-羟基丁酸和!-羟基戊酸的共聚体为基材采用不同方法制备的几种材料的吸油性能与常用聚丙烯吸油毡做了对比实验研究并初步探讨了其吸油机理。实验结果表明,成型后的PHBV 的吸油速率、吸油率等指标均已接近聚丙烯吸油毡,而保油性优于聚丙烯吸油毡。关键词:吸油材料;PHBV ;吸油性能中图分类号:TO424文献标识码:A文章编号:1006-4281(200106-0012-03Abstract :OiI-

3、absorbing materiaIs in common use based on PHBV are studied and their mechanism is anaIyzed.Ex-perimentaI resuIts show that oiI absorbtion ratios and rates of moIding PHBV are simiIar to oiI absorbent poIypropyIene feIt ,but oiI-keeping capacity of moIding PHBV is superior.Key words :oiI-absorbing m

4、ateriaIs ;PHBV ;absorbent characteristics 收稿日期:2001-09-23作者简介:韩梅(1964-,女,北京人,高级工程师。在诸多溢油处理、处置方法中,基于吸油材料的吸附法具有高效、经济、便于推广使用的特点而被广泛采用。特别是对于回收在浅海和海岸边的溢油以及其他处理设备难以接近地区的浮油,吸附材料是非常有效的回收工具1。目前较广泛使用的吸油材料是聚氨酯泡沫和聚丙烯等化学合成高分子材料。然而,这些化学高分子吸油材料的后处理,无论是焚烧还是填埋都会造成二次污染,开发完全生物降解的新型绿色吸油材料是目前和今后吸油材料领域的重点研究方向之一。PHBV (!-羟

5、基丁酸和!-羟基戊酸的共聚体是基于可再生天然资源(如淀粉、大米,运用微生物发酵技术得到的一种可完全降解新型环保类高分子材料2。这种新型材料所具有的生物相容性和生物可降解性使得以它为基础开发绿色吸油材料成为可能。1实验部分1.1试验仪器BS20型恒温水浴箱(日本YAMATO 公司;AT201型电子天平(瑞士METTLER 公司;H -900型高速离心机(日本KOKUSAN 公司;电子显微镜(日本NIKON 公司。1.2试验原料聚丙烯吸油毡,PHBV 粉末(宁波天安生物材料有限公司提供,PHBV 改性体,食用油,原油(华北油田。1.3试验方法3,41.3.1吸油速率及饱和吸油率的测定:取各类材料称

6、重,将其浸透在一定温度下的油中,每隔一定时间取出,沥尽表面油(自然垂滴30s 后称重。PHBV 粉末体置于自制的网袋中用上述方法进行吸油试验,21交通环保第22卷第6期2001年12月同时作网袋空白实验。根据材料吸油前后重量差值计算吸油率。1.3.2保油率的测定:将吸油饱和的各种材料在3000rpm转速下离心1min后称重,计算出保油率:保油率=离心后持油量/饱和吸油量。1.3.3吸水量的测定:各类吸油材料称重后完全浸透在水中一段时间,待其吸水完全后取出,沥尽表面水分(自然垂滴30S后称重,计算吸水量。PHBV粉末体置于自制的网袋中进行吸水试验,同时作网袋空白实验。根据材料吸水前后重量差值计算

7、吸水率。2结果与讨论2.1吸油性能比较选择海水冬季(17C、夏季(26C平均温度作为实验温度,并在不同油品中根据试验方法1.3.1测定各种材料的吸油速率及饱和吸油率,结果如图1至图4所示。图126C吸油速率及饱和吸油率(原油图217C吸油速率及饱和吸油率(原油图326C吸油速率及饱和吸油率(食用油图417C吸油速率及饱和吸油率(食用油图1、图2为各种材料对原油的吸附结果,其中吸油毡的吸油速率最快,饱和吸油率最高,以下依次为:PHBV溶剂法改性体>PHBV熔融法改性体> PHBV发泡法改性体>PHBV粉末。图3、图4为各种材料对食用油的吸附结果。其中溶剂法PHBV改性体吸油速率

8、最快,饱和吸油率最高,以下依次为:吸油毡>PHBV熔融法改性体>PHBV发泡法改性体>PHBV粉末。从材料结构显微照片分析表观吸油现象,PHBV 粉末体吸油主要是利用表面吸附及颗粒间间隙实现吸油作用,它不具备空间立体结构,因此,吸附量很小。聚丙烯毡类材料具有疏松的空隙和一定的毛细管结构,可充分滞留吸附的油品,当油品粘度越大时,油品滞留在疏松空隙间的程度随之加大,有利于油品的吸附和保持。PHBV改性体具有三维网状结构,利用分子间或物质空间的致密间隙包裹作用吸附油,表现出较强的吸油性能。随着油品粘度减小,其流动性增加,它所具有的致密空隙三维网状结构对油品的滞留效果就越明显。熔融法

9、PHBV改性体空间空隙结构欠发达,所表现的吸油速率及饱和吸31新型PHBV吸油材料与传统聚丙烯吸油材料的性能比较研究韩梅 等油率较差。至于发泡法制备的PHBV 改性体虽具有一定空隙结构,但空隙间并不成网状相连,又由于改性的同时,其表现亲油性能变差,因此,它的吸油性能欠佳。实验结果表明,以上各种吸油材料吸油机理是一种物理吸附过程,在吸油量构成因素中,起决定作用的主要为吸油材料表面基团性质、表面积及内部空间立体结构。在本实验中从三者对吸油材料吸油量的贡献来看,内部空间立体结构对于吸油性能的影响最为显著。吸油材料吸油机理的数学表达式可表示为:!=!S +!d 式中:!吸油材料吸油量;!S 吸油材料表

10、面吸油量(表面基团性质及表面积共同作用;!d 吸油材料空间吸油量。对于两种油品而言,随着温度升高,吸油材料的吸油速率有所升高,而吸油率下降,这主要由于温度升高后油粘度下降,油在吸油材料表面吸附和解吸过程速度加快。2.2保油率的比较选择吸油性能较好的吸油毡和PHBV 改性体(熔融法和溶剂法,根据试验方法1.3.2测定上述吸油材料的保油率,结果如表1、表2所示。表1吸油材料保油率的测定结果(26C (%油品吸油毡PHBV 改性体熔融法溶剂法原油 1.834.124.8食用油1.19.512.2表2吸油材料保油率的测定结果(17C (%油品吸油毡PHBV 改性体熔融法溶剂法原油 1.223.017.

11、7食用油1.19.9910.4从表1、表2实验结果可以看出,PHBV 改性体保油效果优于吸油毡。其原因主要是在离心力的作用下,滞留在空隙间的油被排除,而吸附在材料表面的油仍会残留。PHBV 改性体的致密空隙网状结构要比毡类吸油材料疏松空隙结构的吸油表面大,所以表现出残余吸附量高。保油性好的吸油材料对于海上溢油处理操作将会带来方便。另外,从油品来看,两个温度下原油较食用油对吸油材料的附着程度高,所表现出的保油效果要好。 2.3模拟海水吸水量在室温(19C 下,根据试验方法1.3.3测定各种吸油材料的吸水率情况,如表3所示。表3室温(19C 下模拟海水吸水率测定结果(g /g 吸油毡PHBV 粉末

12、PHBV 改性体熔融法溶剂法发泡法1.54.53.53.82.3由表3可以看出,PHBV 改性体吸水量小于粉末体,但比吸油毡略大,这主要是PHBV 表面仍存在着亲水基团,而吸油毡的聚丙烯表面疏水性较好。3结论与展望(1作为吸油材料,除表面具有亲油基团、较大表面积等特点外,还应具有良好的三维空间立体结构。(2PHBV 改性体无论对于原油还是食用油都有很强的吸附能力,其吸附量已接近应用广泛的毡类吸油材料。(3PHBV 改性体的保油性能优于毡类吸油材料。(4下一步开发以PHBV 为基材的绿色吸油材料,仍需进一步提高表面疏水性能。4参考文献1温和瑞,朱建飞.吸油材料及其应用J .江苏化工,1998,2

13、6(3:7-9.2陈坚.环境生物技术M .北京:中国轻工业出版社,1999.3濑尾正雄.海洋油污染处理M .北京:人民交通出版社,1979.4国家海洋局.海洋环境保护与监测M .北京:海洋出版社,1998.交通部认可的第一批消油剂产品名单公布交通部环境保护中心的质量检验结果表明,国家海洋局海洋环境保护研究所生产的海环牌1号海面溢油分散剂、勇达精细化工(珠海有限公司生产的YD9705型化油剂以及厦门市韦特贸易有限公司的海洋牌海上化油剂这三项产品的各项指标达到了交通部JT2013溢油分散剂技术条件标准。交通部同意上述消油剂产品用于港口、码头和船舶处理海上溢油。41交通环保第22卷第6期2001年1

14、2月 新型PHBV吸油材料与传统聚丙烯吸油材料的性能比较研究作者:韩梅, 吴兵, 陈学军, 李发生, 谷庆宝作者单位:韩梅,吴兵,李发生,谷庆宝(中国环境科学研究院, 陈学军(宁波天安生物材料有限公司,刊名:交通环保英文刊名:ENVIRONMENTAL PROTECTION IN TRANSPORTATION年,卷(期:2001,22(6被引用次数:9次参考文献(4条1.温和瑞.朱建飞吸油材料及其应用 1998(032.陈坚环境生物技术 19993.濑尾正雄海洋油污染处理 19794.国家海洋局海洋环境保护与监测 1998本文读者也读过(10条1.吴兵.李发生.何绪文PHBV泡沫吸油材料的制备

15、及吸油性能研究期刊论文-交通环保2002,23(12.陈玲.马春燕.奚旦立.陈季华.CHEN Ling.MA Chun-yan.XI Dan-li.CHEN Ji-hua丙纶吸油毡吸附处理印染厂含油废水试验研究期刊论文-净水技术2009,28(13.朱传仁.马振达环保吸油毡的研究与开发会议论文-20044.陆昌其吸油毡在清污实战中的应用会议论文-20045.刘雄.周琼.周才琼.阚建全.陈宗道.Liu Xiong.Zhou Qiong.Zhou Caiqiong.Kan Jianquan.Chen Zongdao高吸油性微孔淀粉制备技术研究期刊论文-中国粮油学报2005,20(36.马嫄.谷绒.

16、徐坤.MA Yuan.GU Rong.XU Kun多孔淀粉复合处理改善吸油性的研究期刊论文-食品研究与开发2008,29(117.周伟.兆恒.胡小芳.董建.沈万慈.康飞宇膨胀石墨水中吸油行为及机理的研究期刊论文-水处理技术2001,27(68.Xuwen He.Dayi Qian.Bing WU.Tong Wang Structure-modification and oil pick-up ability of PHBV as oil sorbent materials期刊论文-北京科技大学学报(英文版2003,10(69.吴兆立.吴亿成吸油粉剂材料的研究及实践会议论文-200410.孙燕纺连法丙纶吸油毡会议论文-1999引证文献(9条1.杜昕昕.王普慧.王耀兵一种吸油泡沫材料的吸油性及吸油机理探讨期刊论文-环境科学与管理 2012(52.侯翠芳.尤祥银非织造材料在油污染控制中的开发应用期刊论文-南通纺织职业技术学院学报 2008(43.王力.侯翠芳非织造材料在油污染控制中的作用分析期刊论文-环境保护与循环经济 2009(14.唐少宇.周如金.邱松山.聂丽君.米世伍絮凝沉淀-吸附两步法预处理松节油加工