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摘要

本研究以苯甲酰氯和不同碳链长度的脂肪酰氯（乙酰氯、辛酰氯和硬脂酰氯）为酯化剂、吡啶为催化剂，在二氯甲烷中对大豆茎秆气凝胶进行疏水改性，并对气凝胶的羟基取代度（DS）、多孔结构、压缩强度、水接触角（CA）、油水分离效果及循环使用性能进行探究。结果表明，疏水酯化后气凝胶的孔隙率减少，导致其吸油倍率略微降低，但压缩强度和CA显著增加。乙酰氯改性气凝胶的DS值较高（1.07），但疏水效果不佳；空间位阻和共轭效应使得苯甲酰氯改性气凝胶的DS值较低（0.58），CA仅为91°，但压缩强度显著提高，为855 kPa；辛酰氯和硬脂酰氯改性气凝胶的DS值分别为0.88和0.64，CA分别为123°和144°，具有良好的油水分离效果和循环使用性。

关键词

木质纤维; 气凝胶; 液相反应; 疏水改性; 油水分离

频繁发生的溢油事故和工业含油废水的违规排放对生态环境和人类健康造成严重威胁^[

1-2]。目前，工业上主要采用撇油器、围油栏、原位燃烧、吸附剂、化学分散剂和生物修复等方法来治理水体环境中的油类污染^{[参考文献 3

百度学术}3]。其中，通过多孔吸附材料进行油水分离，并通过机械挤压、萃取或低/高压蒸馏等方法，实现油品的回收和吸附材料的循环利用的技术被认为是一种高效、环保的处理方法^{[参考文献 4-8}4-8]。常用的吸油材料主要包括合成高分子和天然高分子两大类，其中以木质纤维为原料制备的木质纤维气凝胶不仅具备纳米多孔材料的高比表面积和高孔隙率等特性，还融合了木质纤维来源广泛、价格低廉、可再生和可生物降解等优势，是一种具有远大发展前景的绿色环保型吸油材料^{[参考文献 9-13}9-13]。但木质纤维中含有大量的亲水性羟基，导致木质纤维气凝胶在具有吸油特性的同时，也具有较强的吸水性，使得其油水选择性差，影响使用效果。因此，需要对木质纤维气凝胶进行疏水改性以提高其油水选择性。

目前，提高木质纤维气凝胶疏水性能的方法主要是通过酯化、醚化或接枝共聚等化学反应，将亲水性羟基转化为酯基、醚基或其他疏水性基团，从而提高其油水选择性。酯化反应的机理非常明确且副产物较少，引起了研究者的广泛关注。木质纤维气凝胶的酯化可分为均相酯化和非均相酯化，均相酯化因需要溶剂溶解而过程繁琐，而非均相酯化包含固液两相的纤维素酯化改性体系，可以使纤维素不发生溶解、溶胀而进行酯化反应，所以非均相酯化较适合对木质纤维进行改性。近年来很多研究者热衷于通过化学气相沉积（CVD）法对木质纤维气凝胶进行疏水改性^[

14-16]，但需要严格控制试剂用量和反应条件（温度、时间和蒸汽压力等），这严重阻碍了疏水气凝胶的大规模生产和应用。此外，由于CVD法是基于气体扩散机制的气相反应，由此方法制备的气凝胶，其尺寸受改性剂的扩散时间影响显著，且容易导致气凝胶内、外层反应不均匀。与CVD法相比，气凝胶在液相中与均匀分散的改性剂进行非均相酯化反应，可以通过气凝胶孔隙快速扩散至内部进行均匀的接枝反应，从而确保整个气凝胶处于相同的反应环境。

本研究以农业废弃物大豆茎秆为原料，通过溶解-再生制备木质纤维气凝胶，再以二氯甲烷为液体反应介质，苯甲酰氯和不同碳链长度的脂肪酰氯（乙酰氯、辛酰氯和硬脂酰氯）为酯化试剂，吡啶为催化剂，对木质纤维气凝胶进行疏水改性，并探究不同酰氯对气凝胶酯化程度、微观形貌、多孔结构、压缩强度、疏水性能、油水分离性能及循环使用性的影响。

1 实验

1.1　实验试剂与仪器

大豆茎秆，采自江苏盐城，经微型粉碎机粉碎后筛选出直径0.177~0.420 mm的粉末，经苯-醇溶液（V_苯∶V_醇=2∶1）抽提24 h以除去其所含萜烯类化合物、树脂酸和脂肪酸等有机溶剂抽出物，最后经真空干燥得苯-醇抽提后绝干大豆茎秆粉末。

乙二胺（EDA），分析纯，太仓沪试试剂有限公司；氯化锂（LiCl），分析纯，北京百灵威科技有限公司；苯甲酰氯、乙酰氯、辛酰氯和硬脂酰氯，均为化学纯，上海阿拉丁生化科技有限公司；二甲基亚砜（DMSO）、二氯甲烷、吡啶、乙醇、叔丁醇等，均为分析纯，南京化学试剂股份有限公司。

DF-101S恒温磁力搅拌器，南京科尔仪器设备有限公司；Biosafer-10A冷冻干燥机，南京赛飞有限公司；Quanta 200环境扫描电子显微镜（SEM），美国FEI公司；ASAP2020超高性能全自动气体吸附仪，美国麦克公司；SLBL 500N拉伸压缩测试仪，日本岛津公司；VERTEX 80V傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR），德国Bruker公司；AXIS UltraDLD X射线光电子能谱仪（XPS），日本岛津公司；T200-Auto3 Plus光学接触角测试仪，瑞典百欧林。

1.2　实验方法

1.2.1　木质纤维预处理

脱木质素处理：选用亚氯酸钠/乙酸法对原料进行脱木质素处理^[

17]。取6 g苯-醇抽提后绝干大豆茎秆粉末于锥形瓶中，分别加入2.4 g亚氯酸钠、1.5 mL乙酸和195 mL去离子水，在75 ℃恒温水浴中进行脱木质素处理。每隔1 h向锥形瓶中加入与初始等量的亚氯酸钠和乙酸。当脱木质素处理4 h后，将瓶内粉末过滤并用去离子水洗至pH值为中性，然后真空干燥得到实验用木质纤维原料（记为LC-4）。根据NREL/TP-510—42618方法^{[参考文献 18

百度学术}18]测得LC-4中木质素含量为9.97%，总糖含量为63.21%。

EDA处理：取10 g LC-4（绝干质量）浸入200 mL EDA中，在室温下搅拌24 h后，过滤并冷冻干燥得到木质纤维与EDA的复合物（LC-EDA）。在50 mL去离子水中加入0.3 g LC-EDA后强力搅拌15 min，以甲基橙为指示剂，以0.1 mol/L盐酸作滴定液进行酸碱滴定，测得LC-EDA中残余EDA的含量为22.40%。

1.2.2　木质纤维气凝胶的制备

参照文献[

19-22]的木质纤维溶解及成胶机理，设计木质纤维气凝胶制备过程。取一定量LC-EDA，以2%（扣除残余EDA质量）的质量分数分散于质量分数为8%的LiCl/DMSO溶液中，先在室温下搅拌12 h，再于65 ℃水浴中搅拌4 h，得到均一溶液。将真空脱泡后的均一溶液定量注入规格统一的玻璃模具中，并用无水乙醇对其进行凝胶化处理，形成凝胶，而后用叔丁醇置换出凝胶中的乙醇，经冷冻干燥得到木质纤维气凝胶（记为LA-4-2%）。

1.2.3　疏水木质纤维气凝胶的制备

在100 mL二氯甲烷中分别加入0.05 mol不同类别酰氯（乙酰氯、苯甲酰氯、辛酰氯或硬脂酰氯）和吡啶，搅拌均匀后加入LA-4-2%，在60 ℃下冷凝回流反应4 h。反应后的气凝胶用乙醇浸泡洗涤，以除去二氯甲烷和未反应的酯化试剂等，再用叔丁醇置换乙醇，经冷冻干燥得到疏水木质纤维气凝胶，制备流程如图1所示。其中，经乙酰氯、苯甲酰氯、辛酰氯和硬脂酰氯酯化得到的气凝胶分别记作LAHE-C2、LAHE-C7、LAHE-C8和LAHE-C18。

图1 疏水木质纤维气凝胶的制备流程

Fig. 1 Schematic diagram of hydrophobic lignocellulose aerogels preparation

1.3　结构表征与性能测定

1.3.1　气凝胶的表征

化学结构：采用溴化钾压片法对气凝胶进行FT-IR测试，波数范围400~4000 cm^-1。表面元素：使用XPS单色Al Kα射线源进行测试，在284.85 eV附近观测C 1s信号，分别在（284.84±0.25）eV、（286.54±0.28）eV、（287.45±0.32）eV、（288.88±0.16）eV处拟合。形貌：气凝胶经液氮淬断和表面喷金处理后（喷金厚度约10 nm），利用SEM观察其微观形貌。多孔性能：气凝胶样品在60 ℃下脱气24 h后测试其在液氮温度下的吸附-脱附性能并绘制曲线，并利用BET法计算比表面积和平均孔径。压缩强度：采用万能拉力机通过应力-应变扫描法测试气凝胶的压缩强度，测试速度1 mm/min。水接触角：室温下测试气凝胶表面第0 s时的静态水接触角，去离子水滴的体积为4 μL。密度：使用天平称量绝干气凝胶的质量（精确到0.0001 g），再以游标卡尺测量气凝胶的直径和高度（精确到0.01 mm）。

气凝胶的孔隙率（P，%）按照公式(1)计算。

P = (1 - \frac{m}{V ρ_{c}}) \times 100 %

（1）

式中， $m$ 为气凝胶质量，g；V为气凝胶体积，cm³； $ρ_{c}$ 为纤维素体积密度，1.528 g/cm^3[

23]。

1.3.2　吸油倍率的测定

在室温下，采用称重法测定气凝胶的吸油倍率。将气凝胶浸泡在50 mL的油品（柴油、硅油、二氯甲烷或甲苯）中24 h后取出，用滤纸擦净凝胶表面多余的油，称取重量并计算凝胶对不同油品的吸油倍率。吸油倍率（ $Q_{t}$ ，%）按公式(2)计算。

Q_{t} = \frac{W_{t} - W_{0}}{W_{0}}

×100%

（2）

式中， $W_{0}$ 和 $W_{t}$ 分别表示吸附前和吸附时间为t时的凝胶质量，g。

2 结果与讨论

2.1　FT-IR分析

图2为不同气凝胶的FT-IR谱图。由图2可知，LAHE-C2、LAHE-C7、LAHE-C8和LAHE-C18在1750 cm^-1处附近均出现了属于酯基中羰基（C $\overset{}{̿}$ O）的特征吸收峰，且苯环与羰基的π-π共轭效应使得气凝胶LAHE-C7的吸收峰略向低波数偏移。另外，LAHE-C2、LAHE-C8和LAHE-C18在2923 cm^-1处和2852 cm^-1处均出现了属于亚甲基（C—H）的伸缩振动峰，且随碳链长度的增加，气凝胶中引入的亚甲基基团越多，峰强越明显。在3450 cm^-1处的宽吸收峰属于木质纤维中羟基（—OH）的伸缩振动峰，酯化后气凝胶的峰强明显降低，表明在酯化反应过程中，羟基与酰氯发生取代反应，木质纤维被疏水酯化改性。

图2 气凝胶的FT-IR谱图

Fig. 2 FT-IR spectra of aerogels

2.2　XPS分析

图3为气凝胶XPS C 1s谱图。由图3可知，在（284.8±0.17）eV、（286.2±0.36）eV、（287.2±0.76）eV和（288.8±0.16）eV处，分别出现了对应于C₁（C—C/C—H）、C₂（C—O）、C₃（O—C—O/C $\overset{}{̿}$ O）和C₄（O—C $\overset{}{̿}$ O）的信号峰。其中，C₁与烷烃型碳原子及木质素结构相关，C₂与醇和醚结构有关，C₃主要来源于木质纤维中的缩醛结构，而C₄则与酯基相关^[

24-27]。表1为不同气凝胶4种信号峰的相对含量及根据C 1s和O 1s峰面积计算的氧碳比（O/C）。由表1可知，气凝胶在酯化改性后，C₁峰和C₄峰的占比显著增加，C₂峰和C₃峰的占比则明显降低，而O/C从0.81（LA-4-2%）降至0.30（LAHE-C18），表明大量的烷基或苯甲基被成功引入气凝胶。

图3 气凝胶的C 1s谱图

Fig. 3 C 1s spectra of aerogels

表1 气凝胶的氧碳比、取代度及C元素组成

Table 1 O/C, DS, and composition of C element of aerogels

气凝胶样品	O/C	C₁/%	C₂/%	C₃/%	C₄/%	DS
LA-4-2%	0.81	7.45	60.64	31.91	2.69
LAHE-C2	0.50	66.07	15.28	2.25	16.40	1.07
LAHE-C7	0.44	56.02	24.33	5.34	14.13	0.58
LAHE-C8	0.39	65.34	17.05	2.56	15.06	0.88
LAHE-C18	0.30	70.93	15.57	3.46	10.03	0.64

纤维素酯及其衍生物的取代度（DS）通过O—C $\overset{}{̿}$ O和C—O的比值计算^[

28-30]，并记录于表1。由表1可知，随着脂肪酰氯碳链长度的增加，DS值逐渐降低。这是因为乙酰氯碳链短且结构简单，化学反应活性较高，可获得相对较高的DS值；随着碳链长度的增加，酯化反应过程中的空间位阻增加^{[参考文献 28

百度学术}28, 31-32]，DS值降低。此外，从电子效应来看，当酰氯的羰基碳上所连基团为苯环时，其体积较大，造成的空间位阻也较大，且苯环与羰基之间存在共轭效应，使羰基碳上的正电性被分散，更不利于亲核试剂的进攻。因此，经苯甲酰氯酯化得到的疏水气凝胶LAHE-C7的DS值仅为0.58，低于另外3种脂肪族酰氯改性气凝胶LAHE-C2、LAHE-C8和LAHE-C18。

2.3　微观结构分析

图4为气凝胶表面和断面的SEM图。由图4可知，LA-4-2%的表面分布着清晰可见的纤维。经脂肪酰氯改性后，LAHE-C2、LAHE-C8和LAHE-C18的表面覆盖着一层连续的层状物，但由于部分凸起的纤维链使层状物呈现高低起伏的状态。经苯甲酰氯酯化后，LAHE-C7则具有由大小不同的碎片沉积在絮状物的表面，从而形成一种非连续的、粗糙的表面，这不仅是因为LAHE-C7的DS值较低，还因为接枝在纤维素链上的苯甲基是一种刚性基团，其柔性比烷基链差，导致LAHE-C7无法形成连续平整的表面。

图4 气凝胶的SEM图

Fig. 4 SEM images of aerogels

在改性前后，气凝胶断面结构均与表面结构存在明显差异，其表面孔道坍塌，但内部却疏松多孔。这可能是由于在凝胶化时，气凝胶表面最先接触到乙醇，其结构被快速固定，而乙醇向气凝胶内部扩散的速度缓慢，纤维素链有较多的时间进行松弛重排，从而可获得三维网络结构^[

19]。此外，大量乙醇由于扩散缓慢而积压在气凝胶表面，也会造成表面孔道的塌陷。由图4可知，在LA-4-2%的内部可见鲜明的纤维相互交织形成的三维网络结构，而在酯化后的气凝胶中出现了不规则片状结构填充或依附在纤维交织形成的多孔结构中。同时，随着脂肪族酰氯碳链长度的增加，片状结构不断增多，甚至部分区域相互连结形成片层，严重影响了气凝胶的孔径大小和分布。其中，乙酰氯的碳链较短，对LAHE-C2多孔结构的影响较小，纤维网络结构依然明显；而在长碳链的硬脂酰氯酯化气凝胶（LAHE-C18）和具有苯环的苯甲酰氯酯化气凝胶（LAHE-C7）中，其网络结构大部分被不规则的片层结构取代。

2.4　多孔结构分析

利用全自动气体吸附仪对气凝胶的多孔结构进行分析，结果见图5和表2。由图5可知，在酯化改性前后，气凝胶的N₂吸附-脱附等温曲线均属于典型的IV型吸附曲线，这表明气凝胶在N₂吸附过程中，首先形成单分子层吸附，当单分子层吸附接近饱和时开始发生多分子层吸附，而相对压力增加到一定值时会发生毛细管凝聚，在吸附-脱附等温曲线中出现滞回圈^[

24, 33]。由表2可知，酯化后气凝胶的比表面积（S_BET）和孔隙率降低，而平均孔径（D_v）增大。结合SEM结果可知，酯化后气凝胶中出现的片状结构填充或依附在原有的凝胶网络结构中，导致其S_BET和孔隙率降低，而气凝胶中较小的孔道则被填充或遮盖，从而使D_v值增大。其中，乙酰氯的碳链较短，对气凝胶多孔结构的影响明显小于其他酯化试剂。而在硬脂酰氯和苯甲酰氯酯化后，凝胶结构中出现的片层堆积现象使S_BET和孔隙率显著降低，D_v值显著增大。

图5 气凝胶的N₂吸附-脱附曲线

Fig. 5 N₂ adsorption-desorption isotherms of aerogels

表2 气凝胶的多孔结构参数

Table 2 Porous structure parameters of aerogels

气凝胶样品	比表面积/m²·g^-1	平均孔径D_v/nm	孔隙率/%
LA-4-2%	178.89	22.41	96.08
LAHE-C2	98.44	22.90	94.16
LAHE-C7	69.66	23.48	91.03
LAHE-C8	74.43	23.18	92.97
LAHE-C18	53.21	33.20	90.38

2.5　压缩强度分析

压缩强度代表了气凝胶抵抗外部载荷的能力，结果如图6所示。由图6可知，各气凝胶的应力-应变曲线均平滑且连续，表明所制备气凝胶可在较高的压缩应变下依旧保持自身的完整性而不出现破裂。当应变低于40%时，气凝胶的多孔结构逐渐收缩，应力也随之增大，属于线性弹性区；当应变>40%时，气凝胶大部分的孔隙结构被压溃，纤维之间相互接触以抵抗外部载荷，其结构逐渐致密化，应力迅速上升，属于非线性弹性区^[

6]。在应变为60%时，LA-4-2%的压缩强度为122.27 kPa，而LAHE-C2、LAHE-C7、LAHE-C8和LAHE-C18的压缩强度分别为344.69、855.00、435.45和487.51 kPa，酯化使得气凝胶的压缩强度显著增强。这是因为LA-4-2%的压缩强度主要来源于纤维之间的氢键作用力和物理缠绕，而酯化后的气凝胶在具备以上作用力的同时，其内部填充或依附的不规则片状结构也提供了抵抗外部载荷的能力。另外，脂肪族酰氯引入的长烷基链在一定程度上增加了纤维的缠绕力度，而苯甲酰氯则为气凝胶引入刚性基团，二者均有利于提高气凝胶的压缩强度。其中，刚性基团的引入对气凝胶压缩强度的提高作用最为显著，LAHE-C7的压缩强度（60%应变）是LA-4-2%的6.99倍。

图6 气凝胶的应力-应变曲线

Fig. 6 Stress-strain curves of aerogels

2.6　疏水性能分析

为探究在酯化改性前后气凝胶疏水及吸油性能的变化情况，对油或水在气凝胶表面的润湿性能及水接触角进行检测，结果如图7所示。由图7可知，在酯化改性前，气凝胶对油和水均具有极强的吸收性能；而在酯化改性后，水滴能够以完整的液滴形态立于气凝胶表面，油滴则迅速被吸收，气凝胶具有明显的疏水亲油性能。由于LA-4-2%会迅速吸收水滴，其水接触角可视为0，而LAHE-C2、LAHE-C7、LAHE-C8和LAHE-C18的水接触角分别为84°、91°、123°和144°。这是因为酯化接枝碳链的长度较短时，酯化改性对气凝胶的比表面积和孔隙率影响较小，因此，水接触角较小，存在部分水油同吸现象；而随着酯化接枝碳链长度的增长，酯化改性对气凝胶比表面积和孔隙率的影响越来越大，气凝胶的孔隙率减小，水接触角增大，水油分离性能提升。与其他通过CVD法制备的疏水气凝胶相比，本研究中经酰氯酯化改性后的气凝胶具有更好的疏水性能。如以等离子体和三氯甲基硅烷气相沉积相结合的方法对细菌纤维素进行改性，获得的疏水表面的水接触角仅为130°^[

15]；利用十六烷基三甲氧基硅烷气相沉积对纳米纤维素气凝胶进行疏水改性，得到的疏水表面的水接触角范围为121°~139°^{[参考文献 14

百度学术}14]。

图7 气凝胶的油/水吸收性能和水接触角

Fig. 7 Oil or water absorption performance and water contact angle of aerogels

酯化前后气凝胶水接触角的显著变化主要由以下原因导致：其一，酯化改性使得气凝胶中部分羟基被取代，并引入了非极性的基团，降低了气凝胶的表面能^[

34]；其二，酯化改性后气凝胶表面的孔隙被大部分疏水性基团覆盖，阻止了水向气凝胶内部的渗透。LAHE-C2的DS值较高（1.07），但由于乙酰基的碳链较短，对气凝胶孔隙和表面能的影响较小，所以其水接触角仍然<90°。随着烷基酰氯碳链的增长，引入气凝胶中的烷基链非极性增加，气凝胶中原有的极性羟基被非极性的烷基链取代或包埋，有效地降低了气凝胶的表面能，使得气凝胶的亲/疏水性发生显著改变。对于LAHE-C7，在酯化反应后，纤维素上的极性羟基被苯甲酰基取代，分子极性减弱，也使得气凝胶的表面能降低，但由于其DS值（0.58）较低，所以疏水性能不及LAHE-C8和LAHE-C18。

2.7　吸油及油水分离性能

气凝胶在酯化改性前后对不同油品的吸附结果如图8所示。由图8可知，LA-4-2%对柴油、硅油和氯仿的吸油倍率分别为17.39、21.65和31.02 g/g，而经酯化改性的气凝胶对这3种油的吸油倍率都出现了些许降低。这是因为气凝胶主要借助内部孔隙和纤维的毛细管力吸附油品，并将其保持在多孔结构中，酯化后气凝胶内部出现的不规则片状结构填充或依附在纤维链上，导致S_BET和孔隙率出现下降，故对油品的吸油倍率减小。但LAHE-C2对柴油、硅油和氯仿的吸油倍率分别为16.34、20.07和29.36 g/g，与LA-4-2%相比，仅下降了5.35%~7.30%。这主要由于乙酰氯碳链较短，在酯化后对气凝胶的S_BET和孔隙率影响较小。此外，在酯化前后，气凝胶对于密度较大的氯仿均具有较高的吸油倍率。

图8 （a）气凝胶的吸油倍率；（b）气凝胶的循环使用性能；（c）气凝胶LAHE-C8清除水面柴油；（d）气凝胶LAHE-C8清除水下二氯甲烷；（e）气凝胶的循环使用过程

Fig. 8 (a) Oil absorption ratio of aerogels; (b) recycling performance of aerogels; (c) removal of diesel oil from water surface by aerogel LAHE-C8; (d) removal of underwater dichloromethane by aerogel LAHE-C8; (e) recycling process of aerogel

在培养皿中装满去离子水并加入0.5 g柴油（苏丹红染色），测试凝胶LAHE-C8对水面轻质油的去除能力。如图8（c）所示，LAHE-C8在10 s内即可将水面的柴油吸附干净，具有较好的油水分离性能。其他研究中用于油水分离的气凝胶完全吸油需用60 s^[

7, 35]，而本研究所制气凝胶具有快速吸附的能力，这可能是因为气凝胶在接枝长碳链后孔径减小，可依靠毛细吸力吸附，且气凝胶拥有非常好的疏水亲油性能，因此，具有良好的吸附能力。在40 g去离子水中加入1 g二氯甲烷（苏丹红染色），由于二氯甲烷密度比水大，故沉积在水下，以此来测试气凝胶LAHE-C8在水下的油水分离性能。如图8（d）所示，当气凝胶同时靠近二氯甲烷和水时，气凝胶对二氯甲烷表现出很好的吸收性，但会将水阻隔在气凝胶表面，表明气凝胶在水下也具备很高的油水选择性，可成功实现油水分离。

在实际应用中，吸油材料的循环使用性能也至关重要。图8（e）展示了对气凝胶进行循环使用性考察的实验过程，将气凝胶浸入二氯甲烷（苏丹红染色）中，待其吸附饱和后取出称取质量，计算凝胶的初始吸油倍率，再将其浸泡在乙醇中，以200 r/min的频率于摇床上振荡洗涤1 h后，将凝胶真空干燥并记录质量，再次浸泡在二氯甲烷中进行吸附，计算第2次吸附倍率。如此循环至第5次，比较每次的吸油倍率变化，结果如图8（b）所示。由图8（b）可知，LAHE-C7、LAHE-C8和LAHE-C18的初始吸油倍率分别为26.63、27.29和25.55 g/g，高于以稻草秸秆为原料制备的气凝胶（13 g/g）^[

12]。在循环使用10次后，LAHE-C7、LAHE-C8和LAHE-C18的吸油倍率分别保持在20.46、21.33和19.48 g/g，为初始吸油倍率的76.83%、78.16%和76.24%。可见，该疏水吸油气凝胶在循环使用10次后仍然具有较好的吸油性能。

3 结论

本研究以农业废弃物大豆茎秆为原料，通过溶解-再生的过程制备木质纤维气凝胶，再以二氯甲烷为液体反应介质，苯甲酰氯和不同碳链长度的脂肪酰氯（乙酰氯、辛酰氯和硬脂酰氯）为酯化试剂，吡啶为催化剂，对气凝胶进行疏水改性，并探究不同酰氯对气凝胶酯化程度、微观形貌、多孔结构、压缩强度、疏水性能、油水分离性能及循环使用性的影响。

3.1 疏水改性后气凝胶的孔隙率有所降低，导致吸油倍率略微降低，但抗压强度和疏水性能显著提高。其中，乙酰氯碳链短，反应活性高，经其改性的气凝胶酯化程度较高（取代度为1.07），但疏水效果不佳。

3.2 随着烷基链长度的增加，气凝胶的酯化程度降低，而压缩强度和疏水效果提高。经辛酰氯和硬脂酰氯改性后，气凝胶水接触角分别达到123°和144°，具有较好的油水分离效果和循环使用性。

3.3 由于空间位阻和共轭效应的双重影响，导致苯甲酰氯改性的气凝胶酯化程度较低，其水接触角仅为90.1°，但刚性基团的引入使得气凝胶的压缩强度提高了5.99倍。

参考文献

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疏水木质纤维气凝胶的制备及其油水分离性能

摘要

关键词

1 实验

1.1 实验试剂与仪器

1.2 实验方法

1.3 结构表征与性能测定

2 结果与讨论

2.1 FT-IR分析

2.2 XPS分析

2.3 微观结构分析

2.4 多孔结构分析

2.5 压缩强度分析

2.6 疏水性能分析

2.7 吸油及油水分离性能