李小菊，李治軍，李惠成，武 蕓，張鵬會，馬永海

(隴東學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，甘肅 西峰 745000)

在石油開采過程中各種人為失誤造成原油外泄，導(dǎo)致水資源污染，因油質(zhì)成分的不同，水的表面會形成薄厚不等的油膜，水上的油膜最難處理?，F(xiàn)在，最常見的漏油處理方法有使用吸附劑定期吸收水和油[1-3]。吸附劑材料的成本限定了它們的廣泛應(yīng)用。良好，耐用的天然生物材料近來已成為研究熱點(diǎn)，葵花秸稈是天然生物材料的一種，目前處理方式為直接焚燒，不僅利用效率低，而且燃燒產(chǎn)生的煙和灰分會影響到空氣質(zhì)量。但用葵花秸稈作生物吸附材料，對油品的吸附有一定的效果，改性后的葵花秸稈可以大大提高對水中油品的吸附能力，增加漏油污染處理方法，為資源的重復(fù)利用和生態(tài)環(huán)境的改善提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

藥品：氨水，乙酸酐，冰醋酸，次氯酸鈉，吡啶，濃硫酸，原油97#，汽油，菜籽油。

1.2 儀器與設(shè)備

FZ102植物微型試樣粉碎機(jī)(北京諾誠嘉信儀器有限公司)；SECURA224-1CU電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)；DF-101S集熱式磁力攪拌器(上海越眾儀器設(shè)備有限公司)；FTIR-7600紅外光譜儀(天津港東科技股份有限公司)，101-A電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海和呈儀器制造有限公司)。

1.3 葵花秸稈的自身吸油能力和預(yù)處理的研究

將自然干燥的葵花秸稈用蒸餾水清洗，自然晾干，用微型粉碎機(jī)粉碎，得葵花秸稈粉末，主要研究葵花秸稈吸油性能在不同溫度下的影響。為了提高葵花秸稈吸油性能，改性之前針對葵花秸稈提前處理。并探討處理的方法影響葵花秸稈吸油性能。

1.4 葵花秸稈的酯化改性

在250毫升三口燒瓶添加一定量預(yù)處理秸稈，將電磁攪拌器置于恒溫的集熱器中，然后將酸酐添加到一定比例的乙酸中。加熱，加入硫酸以促進(jìn)反應(yīng)和回流，反應(yīng)完成后，冷卻試劑，并向反應(yīng)體系中加入去離子水。沉淀出酯化產(chǎn)物，洗滌至中性。產(chǎn)物置于60℃烘箱以獲得恒重的葵花秸稈[4]。葵花秸稈酯化改性結(jié)束，研究葵花秸稈加入量、油品的溫度、處理油品的時(shí)間對不同油品吸油性能影響。

1.5 葵花秸稈吸油倍率的測定

具體方法采用國際公認(rèn)的重量分析法[5]，仔細(xì)稱量試樣(干燥，恒重)后，放入120目布袋中。同時(shí)將100毫升的測試油倒入到燒杯中。測試包括汽油，菜籽油，原油等，把布袋浸入燒杯里面，在其中加一塊磁鐵，然后把其置于磁力攪拌器。以中等速度，逐漸達(dá)到吸油材料的吸收能力后，取出布袋，將其放在操作臺上放置10min，然后在吸附后稱重測試殘留物；油水混合系統(tǒng)以250 mL燒杯里混合30 mL測試油與100 mL蒸餾水，并根據(jù)純油系統(tǒng)的操作將0.25 g的樣品袋放入油水系統(tǒng)中。該過程類似于純油系統(tǒng)的操作過程。以上所有測試均在25 ℃進(jìn)行，以確定最大吸油量。為了確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在兩組實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了重復(fù)測試，最終算出了這三組實(shí)驗(yàn)的平均值。具體計(jì)算公式如下所示：

其中，在純油體系中：qe為吸附量(g/g)，m2為總質(zhì)量，m1為改性葵花秸稈的質(zhì)量(g)，m0是布袋吸油后的質(zhì)量(g)。吸收油后，將其放在空布袋中。在油水混合系統(tǒng)中，m2是去除吸收水后物料與布袋總重量(g)。

1.6 保油倍率與重復(fù)利用率的檢測

吸油后包裹葵花秸稈的紗布置于振蕩搖床上。間隔1h對紗布稱其質(zhì)量，完成保油倍率測定。為提高改性葵花秸稈的利用率，對改性葵花秸稈的二次利用進(jìn)行測定。將吸油飽和的葵花秸稈進(jìn)行手動擠壓，除去秸稈上吸附的油品，從而達(dá)到循環(huán)利用的效果，實(shí)現(xiàn)資源再利用。

1.7 葵花秸稈改性前后紅外光譜圖對照

傅里葉變換紅外光譜分析：將改性前后葵花秸稈用溴化鉀壓片法處理，進(jìn)行紅外光譜掃描，分析主要基團(tuán)變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 葵花秸稈的自身吸油能力和預(yù)處理研究的結(jié)果分析

2.1.1 葵花秸稈的自身吸油能力分析

溫度是影響葵花秸稈自身吸油能力的主要原因[6]，以10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃為梯度來研究具體溫度變化對葵花秸稈自身吸油能力的影響，結(jié)果如圖所示。

圖1 溫度變化對葵花秸稈力吸油能

從圖中可以看出10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃下的葵花秸稈對石油的吸附能力為0.689 g/g、0.988 g/g、1.625 g/g、1.026 g/g、0.892 g/g，綜合分析，葵花秸稈在室溫時(shí)對石油的吸附能力強(qiáng)，在高溫時(shí)，吸附能力變?nèi)酰瑥膶?shí)驗(yàn)條件及分析選定25℃左右測定葵花秸稈的吸油性能。

2.1.2 氫氧化鈉預(yù)處理葵花秸稈吸油性能分析

用NaOH來進(jìn)行葵花秸稈化學(xué)處理，處理后葵花秸稈進(jìn)行吸油性能測試，以檢驗(yàn)NaOH不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)對葵花秸稈吸油性能的影響。測定NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%，0.5%，1.0%，1.5%和2.0%時(shí)，25 ℃，90min，改性秸稈進(jìn)行吸附量的檢測。

如圖所示，NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%、0.5%、1.0%、1.5%和 2.0%時(shí)，葵花秸稈對原油的吸附能力分別為0.982g/g、1.258 g/g、2.986 g/g、1.534 g/g、1.138 g/g，吸附量呈現(xiàn)先增后減的走勢。原因是用NaOH處理，去除了葵花秸稈的表面物質(zhì)[7]，同時(shí)，會使葵花秸稈一定程度凝結(jié)，使得葵花秸稈表面變得凹凸不平，增加了葵花秸稈的吸油性能。

圖2 氫氧化鈉預(yù)處理葵花秸稈吸油

2.1.3 次氯酸鈉預(yù)處理葵花秸稈吸油性能的影響

實(shí)驗(yàn)中選取次氯酸鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%，反應(yīng)的溫度為25 ℃，反應(yīng)時(shí)間90 min。

圖3 次氯酸鈉預(yù)處理葵花秸稈吸油性能

如圖所示，次氯酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%，葵花秸稈對原油的吸附量為0.982 g/g、1.638 g/g、2.982 g/g、1.573 g/g、1.428 g/g。且在 NaCIO質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 %時(shí)達(dá)到最大值。NaClO的預(yù)處理不僅會使纖維表面不平整，而且會產(chǎn)生蓬松的多孔結(jié)構(gòu)[8]。隨著次氯酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，會破壞葵花秸稈的活性，使得葵花秸稈的吸油性能下降。

2.1.4 稀鹽酸預(yù)處理葵花秸稈吸油性能的影響

圖4 溫度對吸附量的影響

使用37%的鹽酸稀釋至不同濃度。詳細(xì)分析了反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)溫度和稀鹽酸濃度這三個(gè)參數(shù)，研究了葵花籽油的吸收能力，選取稀鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%，反應(yīng)的溫度為25℃，反應(yīng)時(shí)間90 min。

稀鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.25%、0.5%、1%、1.5%、2%時(shí)，葵花秸稈對原油的吸附量分別為1.829 g/g、2.134 g/g、2.698 g/g、1.987 g/g、1.743 g/g。且稀鹽酸質(zhì)量為1 %時(shí)吸附量最大。用HCL稀釋可以使葵花秸稈的表面變得凹凸不同[9]。通常，這種粗糙的表面提供了秸稈纖維的高吸油能力，因?yàn)樗黾恿私斩捓w維的表面積，改善了液體表面的粘附力，并使原油更容易粘附在纖維表面上。

2.2 葵花秸稈的酯化改性結(jié)果分析

2.2.1 溫度對改性葵花秸稈吸油性能的影響

以10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃為溫度梯度，以石油、汽油、菜籽油做為供試油品，測得數(shù)據(jù)如下：

圖5 溫度對改性葵花秸稈吸油性能的影響

改性的葵花秸稈，同一溫度下對不同的油品吸附效果也有很大差距[10]，同樣，同一油品在不同的溫度下的吸附效果也有很大差異。三種不同的油品對于溫度的敏感程度也不一樣，隨著溫度的增加，各自的變化趨勢也有差異。溫度對改性葵花秸稈吸附油品有這樣大影響，原因還需要進(jìn)一步研究，也許跟不同種油品的密度不同，粘度不同，選擇性不同都有一定的關(guān)系。

2.2.2 時(shí)間對改性葵花秸稈吸油性能的影響

圖7 投入量對改性葵花秸稈的影響

改性葵花秸稈的吸附實(shí)驗(yàn)中，同樣的條件，不同的油品，吸附效果也不同，但是隨著投入的不斷增加，葵花秸稈顆粒會互相粘連，含油廢水與改性葵花秸稈的接觸面積減小，改性葵花秸稈對三種油品的吸附效果都呈現(xiàn)出下降的效果[11]，下降速度也是有差別的。

2.3 改性葵花秸稈保油倍率和重復(fù)利用率的結(jié)果分析

2.3.1 改性葵花秸稈保油倍率結(jié)果分析

吸油后包裹葵花秸稈的紗布置于振蕩搖床上。間隔1h對紗布稱其質(zhì)量，完成保油倍率測定。數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖8 改性葵花秸稈保油倍率結(jié)果分析

2.3.2 改性葵花秸稈重復(fù)利用率的結(jié)果分析

為提高改性葵花秸稈的利用率，對改性葵花秸稈的二次利用進(jìn)行測定。將吸油飽和的葵花秸稈進(jìn)行手動擠壓，除去秸稈上吸附的油品，從而達(dá)到循環(huán)利用的效果，實(shí)現(xiàn)資源再利用。測得數(shù)據(jù)如表1所示

表1 菜籽油重復(fù)利用率測定數(shù)據(jù)

2.4 葵花秸稈改性前后紅外光譜圖對照結(jié)果分析

圖9 葵花秸稈改性前后紅外光譜圖對照

葵花秸稈改性前后紅外光譜對照分析。波長截取在500～4500μm；首先，改性的葵花秸稈改變了葵花秸稈中主要成分結(jié)構(gòu)的瞬間偶基矩；對葵花秸稈改性，由前后紅外圖看出，在波長在3500～4000μm和1750～500μm之間的吸收度都有所改變，所以葵花秸稈主要成分的醇、酚、酸中的-O-H發(fā)生了改變[12]；C=O也發(fā)生了改變，說明改性葵花秸稈結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，秸稈中木質(zhì)素氫鍵斷開，纖維分裂化，導(dǎo)致秸稈活性增強(qiáng)。

3 結(jié)論

葵花秸稈改性之后與自身的吸油性能相比有了較大的變化，是因?yàn)楦男愿淖兞丝ń斩挼谋砻娼Y(jié)構(gòu)，增加了秸稈纖維的表面積，改善了液體表面的粘附力，并使原油更容易粘附在纖維表面上。導(dǎo)致秸稈對含油廢水的吸附能力增加了。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，酯化改性后的葵花秸稈吸油性能大于未改性的。酯化改性后的葵花秸稈對含油廢水的吸附效果是原油>汽油>菜籽油。改性葵花秸稈為解決原油泄漏問題增加了新的思路和方法，同時(shí)也增加了葵花秸稈的利用率，為農(nóng)作物副產(chǎn)物向環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展提供了方向。