Pregătirea și caracterizarea absorbantului de ulei lignocelulozic prin tratamentul hidrotermal al

Yue Zhang

1 Laboratorul cheie de chimie lignocelulozică din Beijing, Universitatea Forestieră din Beijing, Beijing 100083, China; E-mailuri: moc.361@4050gnahzy (Y.Z.); moc.621@211311gnehsgnay (S.Y.); moc.621@361qjuw (J.-Q.W.)

Sheng Yang

Jian-Quan Wu

Tong-Qi Yuan

1 Laboratorul cheie din Beijing de chimie lignocelulozică, Universitatea forestieră din Beijing, Beijing 100083, China; E-mailuri: moc.361@4050gnahzy (Y.Z.); moc.621@211311gnehsgnay (S.Y.); moc.621@361qjuw (J.-Q.W.)

Run-Cang Sun.

2 Laborator cheie de stat pentru ingineria celulozei și hârtiei, Universitatea de Tehnologie din China de Sud, Guangzhou 510640, China

Abstract

Acest studiu vizează realizarea condițiilor optime de tratament hidrotermal și acetilare a fibrei Populus pentru a-și îmbunătăți capacitatea de sorbție a uleiului (OSC) într-un amestec ulei-apă. Caracteristicile fibrelor hidrolizate și acetilate au fost cercetate comparativ de FT-IR, CP-MAS 13 C-RMN, SEM și TGA. Condițiile optime de tratament hidrotermal și acetilare au fost obținute la 170 ° C timp de 1 oră și respectiv 120 ° C timp de 2 ore. OSC maxim al fibrei hidrolizate (16,78 g/g) a fost ușor mai mic decât cel al fibrei acetilate (21,57 g/g), dar ambele au fost mai mari decât OSC maxim al fibrei nemodificate (3,94 g/g). În plus, acetilarea după tratamentul hidrotermal pentru fibra Populus a fost inutilă, deoarece creșterea OSC maximă a fost de doar 3,53 g/g. Fibrele Populus hidrolizate și acetilate au prezentat ambele un orificiu lumen care permite o captare ridicată a uleiului. Stabilitatea termică a fibrelor modificate s-a dovedit a fi crescută în comparație cu cea a fibrei brute. Tratamentul hidrotermal oferă o nouă abordare pentru prepararea absorbantului de ulei lignocelulozic.

1. Introducere

Petrolul este una dintre cele mai importante rezerve de energie din societatea industrială modernă. Este utilizat pe scară largă în petrochimie, transporturi, fabricarea de mașini și alte domenii importante [1]. Atâta timp cât petrolul este exploatat, transportat, utilizat și depozitat, există riscul de deversare care provoacă un impact semnificativ asupra mediului din cauza dezastrelor petroliere, a defecțiunilor de funcționare, a deteriorării echipamentelor sau a dezastrelor naturale [2,3,4]. Vărsarea de petrol nu numai că duce la pierderea resurselor neregenerabile, ci pune în pericol și sănătatea creaturilor marine și a ființelor umane. Poluarea mediului cauzată de deversările de petrol a atras îngrijorare din ce în ce mai mare, astfel a devenit imperativ să se dezvolte strategii pentru remedierea deversării de petrol.

Numeroase lucrări anterioare au raportat că hidrofobicitatea sorbanților organici naturali ar putea fi crescută prin modificări adecvate, cum ar fi acetilarea, sililarea, altoirea cu acid oleic, carbonizarea termică și acoperirea cu poli-n-butilmetacrilat (PBMA)/SiO2 [4,7,13, 19,20,21]. Acetilarea cu anhidridă acetică este una dintre cele mai simple, mai ieftine și mai sigure metode pentru a îmbunătăți OSC, rezistența, stabilitatea dimensională și rezistența la descompunere a biocompozitelor printre aceste modificări [22,23]. Cu toate acestea, catalizatori cum ar fi piridina, dimetilaminopiridina sau N-bromosuccinimida, sunt necesari pentru a accelera reacția de acetilare, care sunt toxici și costisitori pentru o aplicare pe scară largă. Luând în considerare toți acești factori, este urgent ca o nouă abordare de modificare să fie explorată pentru prepararea sorbanților naturali cu un OSC ridicat într-un mod economic și ecologic.

Tratamentul hidrotermal este o tehnologie economică și ecologică, deoarece mediul conține doar materii prime și apă și poate fi aplicat tuturor tipurilor de biomasă lignocelulozică [24]. În procesul de tratament hidrotermal, hemicelulozele sunt hidrolizate la temperatură și presiune ridicate, iar grupurile hidroxil din pereții celulari ai plantelor sunt reduse [25]. Celuloza cristalină este hidrolizată în principal pe suprafața sa cristalină, iar structura cristalină internă a celulozei este menținută [26]. Ca urmare, proporția de regiune cristalină a materialului tratat hidrotermal este crescută [27,28]. Odată ce temperatura de tratament crește peste temperatura de tranziție a fazei ligninei, picăturile de lignină se depun pe suprafețele reziduale [29,30]. Toate aceste motive contribuie la scăderea hidroscopicității materialelor lignocelulozice tratate hidrotermal.

În acest studiu, tratamentul hidrotermal al fibrelor Populus a fost aplicat ca o nouă metodă de preparare a absorbantului de ulei lignocelulozic. S-a efectuat, de asemenea, acetilarea fibrei Populus fără catalizatori. Condițiile optime ale acestor două metode diferite de modificare și caracteristicile sorbanților preparați au fost cercetate comparativ.

2. Rezultate și discuții

2.1. Efectele condițiilor de reacție asupra capacității de absorbție

Tabelul 1 arată OSC-ul fibrelor Populus acetilate (APF), ale fibrelor Populus hidrolizate (HPF) și ale fibrelor Populus acetilate după tratament hidrotermal (AHPF) în diferite condiții de reacție. S-a observat că peste 30% din fibra brută de Populus (RPF) s-a scufundat pe fundul balonului în experimentul de sorbție a uleiului. RPF a avut un OSC scăzut (3,94 g/g). Aparent, acetilarea și tratamentul hidrotermal au crescut substanțial OSC-ul fibrei Populus. Diferitele condiții ale ambelor tratamente au fost factorii care influențează OSC.

tabelul 1

Efectele diferitelor condiții de reacție asupra capacității de sorbție a uleiului.

Starea tratamentului hidrotermic Starea acetilării Fibra modificatăTemperatură (° C) Timp de reacție (h) Temperatură (° C) Timp de reacție (h) Nr. Eșantion OSC (g ulei/g fibră)

- A	-	-	-	1	3,94
-	-	100	2	2	17.40
-	-	120	2	3	21.57
-	-	140	2	4	19,79
-	-	120	1	5	13.54
-	-	120	3	6	17,74
170	0,5	-	-	7	16.02
170	1	-	-	8	16,78
180	1	-	-	9	16.39
200	1	-	-	10	12.65
220	1	-	-	11	7,66
170	0,5	120	2	12	17.98
170	1	120	2	13	20.30
180	1	120	2	14	19.04
200	1	120	2	15	8.49
220	1	120	2	16	8.33