用速生木材制造二氧化碳吸附材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种用速生木材制造二氧化碳吸附材料的方法，属于木材加工与木质复合材料领域。
【背景技术】
[0002]人工林杨树、桉树等速生木材是我国人造板等木质复合材料的主要原料，目前产品单一、附加值较低，对速生木材加工领域的发展影响较大。为此，需要进一步开发速生木材加工新技术，研究高附加值的新材料。目前，随着环境的日益恶化以及石化能源的匮乏，二氧化碳的捕集与分离已经成为当今研究热点，通过将速生木材加工的纳米纤维素为基材，再通过表面功能化处理，制备高性能的二氧化碳吸附材料，用于捕集回收烟道气、天然气和沼气中的二氧化碳，将可以提高速生木材的加工技术水平，开发出高附加值的新材料。
【发明内容】
[0003]本发明提出的是一种用速生木材制造二氧化碳吸附材料的方法，其目的是利用速生木材加工高附加值产品，提高速生木材的利用价值；另外，利用可再生的植物纤维为基材，制造二氧化碳吸附材料，减少对非再生材料的依赖，使得二氧化碳吸附过程变得更加绿色化，有利于二氧化碳吸附工艺的推广，降低二氧化碳的排放。
[0004]本发明的技术解决方案:用速生木材制造二氧化碳吸附材料的方法，包括如下工艺步骤:
(1)将人工林杨树、桉树等速生木材粉碎至30-50目；
(2)在90°C条件下，用8-12%(w/w)的氢氧化钠溶液处理步骤(I)中已经粉碎的植物纤维原料6-9小时，过滤，洗涤，得到固体纤维。然后，再在160-180°C条件下，用2-6 % (w/w)亚硫酸钠溶液处理这些固体纤维0.5-2小时，过滤，洗涤，得到白色纤维素；
(3)在4°C温度下，采用20-40%氯化铵饱和溶液，沉淀纤维素酶制剂溶液，在4°C下静置3-6小时，然后在4°C、8000 rpm条件下离心分离，取其上清液，并将其中硫酸铵饱和度调节至60%，放置于4°C冰箱中静置过夜，在4°C、8000 rpm条件下离心分离，去除去上清液，并用蒸馏水洗涤所得沉淀物三次，每次用与沉淀物等体积的去离子水洗涤，得到的沉淀物即为内切纤维素酶；
(4)在温度50°C、pH=4.8下，用步骤(3)中分离得到的内切纤维素酶处理步骤(2)中的纤维素，浆料固液比1:30-60，内切纤维素酶用量为30-45 IU/g纸浆纤维，处理时间20-24小时。酶处理之后，过滤，并用去离子水洗涤三次，每次去离子水用量等于酶处理时总体积；
(5)室温下，高压均质处理处理步骤(4)中所得纤维素，处理时浆料中纤维素含量为1-2% (w/w)，操作压强为800-100bar，循环3-5次，然后在4°C、11000 rpm条件下，离心除去一定量的水分；
(6)取步骤(5)中部分纳米纤维素，配置成浓度为3-5%纳米纤维素悬浮液，进一步超声分散成胶体状。将其滴入浓度为0.20 -0.50 mol/L的二价盐溶液中，静置8-12小时，获得直径为4-8 mm的近似球形颗粒状的纳米纤维素水凝胶，过滤，分别置于两倍于纳米纤维素水凝胶体积的25%、50%、95%的乙醇溶液中12-24小时，过滤得到纳米纤维素醇凝胶颗粒；
(7)将步骤(6)中所得的纳米纤维素醇凝胶颗粒与胺基硅烷的乙醇溶液相混合，置于旋转的耐压水热釜反应器内进行改性反应。反应条件:反应温度120°C，在该温度下保温10-16小时，胺基硅烷的乙醇溶液中胺基硅烷的浓度2-8%，胺基硅烷的乙醇溶液的体积为纳米纤维素醇凝胶体积的1-3倍，旋转速度为1-4 rpm。反应完成后，迅速地用自来水冷却反应釜半小时，然后过滤，得到胺基化纳米纤维素颗粒；
(8)将将步骤(7)中得到的胺基化纳米纤维素颗粒放入超临界萃取釜中，在35-60V，压强为35-65 MPa下，萃取20-60分钟，得到胺基化纳米纤维素气凝胶颗粒为二氧化碳吸附材料。
[0005]本发明的有益效果，利用本发明制造出的胺基化纳米纤维素气凝胶颗粒具有以下特性:
1)BET 表面积 400-600m2/g，
2)平均孔径为15-25nm，
3)25°C时二氧化碳的吸附能力为1.5-2.5 mmol/g ;
4)二氧化碳吸附饱和后，该气凝胶的3次再生率均大于90%。
【具体实施方式】
[0006]用速生木材制造二氧化碳吸附材料的方法，包括如下工艺步骤:
(1)将人工林杨树、桉树等速生木材粉碎至30-50目；
(2)在90°C条件下，用8-12%(w/w)的氢氧化钠溶液处理步骤(I)中已经粉碎的植物纤维原料6-9小时，过滤，洗涤，得到固体纤维。然后，再在160-180°C条件下，用2-6 % (w/w)亚硫酸钠溶液处理这些固体纤维0.5-2小时，过滤，洗涤，得到白色纤维素；
(3)在4°C温度下，采用20-40%氯化铵饱和溶液，沉淀纤维素酶制剂溶液，在4°C下静置3-6小时，然后在4°C、8000 rpm条件下离心分离，取其上清液，并将其中硫酸铵饱和度调节至60%，放置于4°C冰箱中静置过夜，在4°C、8000 rpm条件下离心分离，去除去上清液，并用蒸馏水洗涤所得沉淀物三次，每次用与沉淀物等体积的去离子水洗涤，得到的沉淀物即为内切纤维素酶；
(4)在温度50°C、pH=4.8下，用步骤(3)中分离得到的内切纤维素酶处理步骤(2)中的纤维素，浆料固液比1:30-60，内切纤维素酶用量为30-45 IU/g纸浆纤维，处理时间20-24小时。酶处理之后，过滤，并用去离子水洗涤三次，每次去离子水用量等于酶处理时总体积；
(5)室温下，高压均质处理处理步骤(4)中所得纤维素，处理时浆料中纤维素含量为1-2% (w/w)，操作压强为800-100 bar，循环3-5次，然后在4°C、11000 rpm条件下，离心除去一定量的水分；
(6)取步骤(5)中部分纳米纤维素，配置成浓度为3-5%纳米纤维素悬浮液，进一步超声分散成胶体状。将其滴入浓度为0.20 -0.50 mol/L的二价盐溶液中，静置8-12小时，获得直径为4-8 mm的近似球形颗粒状的纳米纤维素水凝胶，过滤，分别置于两倍于纳米纤维素水凝胶体积的25%、50%、95%的乙醇溶液中12-24小时，过滤得到纳米纤维素醇凝胶颗粒；
(7)将步骤(6)中所得的纳米纤维素醇凝胶颗粒与胺基硅烷的乙醇溶液相混合，置于旋转的耐压水热釜反应器内进行改性反应。反应条件:反应温度120°C，在该温度下保温10-16小时，胺基硅烷的乙醇溶液中胺基硅烷的浓度2-8%，胺基硅烷的乙醇溶液的体积为纳米纤维素醇凝胶体积的1-3倍，旋转速度为1-4 rpm。反应完成后，迅速地用自来水冷却反应釜半小时，然后过滤，得到胺基化纳米纤维素颗粒；
(8)将将步骤(7)中得到的胺基化纳米纤维素颗粒放入超临界萃取釜中，在35-60V，压强为35-65 MPa下，萃取20-60分钟，得到胺基化纳米纤维素气凝胶颗粒为二氧化碳吸附材料。
[0007]实施例1
用速生木材制造二氧化碳吸附材料的方法，包括如下工艺步骤:
(1)将人工林杨树、桉树等速生木材粉碎至30目；
(2)在90°C条件下，用8%(w/w)的氢氧化钠溶液处理步骤(I)中已经粉碎的植物纤维原料6小时，过滤，洗涤，得到固体纤维。然后，再在160°C条件下，用2 % (w/w)亚硫酸钠溶液处理这些固体纤维0.5小时，过滤，洗涤，得到白色纤维素；
(3)在4°C温度下，采用20%氯化铵饱和溶液，沉淀纤维素酶制剂溶液，在4°C下静置3小时，然后在4°C、8000 rpm条件下离心分离，取其上清液，并将其中硫酸铵饱和度调节至60%，放置于4°C冰箱中静置过夜，在4°C、8000 rpm条件下离心分离，去除去上清液，并用蒸馏水洗涤所得沉淀物三次，每次用与沉淀物等体积的去离子水洗涤，得到的沉淀物即为内切纤维素酶；
(4)在温度50°C、pH=4.8下，用步骤(3)中分离得到的内切纤维素酶处理步骤(2)中的纤维素，浆料固液比1:30，内切纤维素酶用量为30-45 IU/g纸浆纤维，处理时间20小时。酶处理之后，过滤，并用去离子水洗涤三次，每次去离子水用量等于酶处理时总体积；
(5)室温下，高压均质处理处理步骤(4)中所得纤维素，处理时浆料中纤维素含量为1%(w/w)，操作压强为800 bar，循环3-5次，然后在4°C、11000 rpm条件下，离心除去一定量的水分；
(6)取步骤(5)中部分纳米纤维素，配置成浓度为3-5%纳米纤维素悬浮液，进一步超声分散成胶体状。将其滴入浓度为0.20 mol/L的二价盐溶液中，静置8小时，获得直径为4 mm的近似球形颗粒状的纳米纤维素水凝胶，过滤，分别置于两倍于纳米纤维素水凝胶体积的25%、50%、95%的乙醇溶液中12小时，过滤得到纳米纤维素醇凝胶颗粒；
(7)将步骤(6)中所得的纳米纤维素醇凝胶颗粒与胺基硅烷的乙醇溶液相混合，置于旋转的耐压水热釜反应器内进行改性反应。反应条件:反应温度120°C，在该温度下保温10小时，胺基硅烷的乙醇溶液中胺基硅烷的浓度2-8%，胺基硅烷的乙醇溶液的体积为纳米纤维素醇凝胶体积的1-3倍，旋转速度为lrpm。反应完成后，迅速地用自来水冷却反应釜半小时，然后过滤，得到胺基化纳米纤维素颗粒；
(8)将将步骤(7)中得到的胺基化纳米纤维素颗粒放入超临界萃取釜中，在35°C，压强为35 MPa下，萃取20分钟，得到胺基化纳米纤维素气凝胶颗粒为二氧化碳吸附材料。
[0008]实施例2
用速生木材制造二氧化碳吸附材料的方法，包括如下工艺步骤:
(1)将人工林杨树、桉树等速生木材粉碎至50目；