木棉纤维性能测试与研究

张倩倩，孙卫国

(西安工程大学，陕西 西安 710048)

木棉纤维作为一种天然纤维原料，具有和棉纤维相似的性能和风格，保暖性能好，吸湿透湿、弹性舒适程度高、质量轻、成本低，具有广阔的应用前景。由于目前采用的聚脂、聚丙稀材料的不可降解性，给由其做成的吸油材料废弃后的处理带来一定难度，无论是焚烧还是地下填埋，都将造成二次污染。木棉纤维作为天然纤维可循环利用多次，是可生物降解的新型吸油材料。

1　木棉纤维的性能测试

1.1木棉纤维的形态结构

采用NeoScope JCM-5000型扫描电子显微镜，对木棉纤维的横、纵向分别进行了拍照并观察，图1和图2为其横截面和纵向形态图。

1.2木棉纤维的特性分析

木棉纤维是大中空结构，中空度达80%以上,是最常用的一种浮体材料,它是天然植物纤维,且首尾两端封闭。单根木棉纤维就是一个小气囊,其表面所含的天然脂肪蜡质使它具有很好的拒水性,所以用其制作浮体材料有着其他固体材料无法比拟的优势。木棉纤维价格低廉易得，且制备时只需对其浸泡风干即可，制备简单易行，用来处理含油废水成本低，具有优良的疏水吸油性能，吸附剂吸附较快，较易达到吸附平衡。

2　木棉纤维耐酸碱性测试及分析

2.1耐酸性正交实验及其分析

采用正交实验测试木棉纤维的耐酸性，正交实验设计如表1所示。

表1　木棉纤维耐酸性正交实验因素水平

由表2可知，在酸性和高温条件下，木棉纤维的失重率较大，但在常温下失重率仅有6%，因此可以认为木棉在常温下受酸的影响较小。

表2　耐酸性正交试验

2.2耐碱性正交实验及其分析

采用正交实验测试木棉纤维的耐碱性，正交实验设计如表3所示。

表3　耐碱性正交实验因素水平

表4　耐碱性正交实验

从表4可知，木棉纤维在碱性条件下，失重率随着温度、时间、碱浓度的增加而逐渐增加。当温度达到100℃，浓度在8 mol/L，在短短的15 min之内，纤维的失重损伤就达到90%，而在常温下，纤维受碱浓度和时间的影响只有1%，由此可见，在常温下，NaOH对木棉没有影响。

3　木棉纤维木棉吸油性能测试及分析

3.1酸性条件下的吸油性能测试

溶液中加入盐酸，油浓度为90 g/L的含油废水中,加入油质量18 g，溶液体积为200 mL，用pH试纸测得溶液的pH值为3，在此条件下，加入NaCl调节溶液的盐浓度，试验结果如图5所示。

图5　盐浓度对吸油率的影响

由图5知，机油的吸油率大于食用油，其主要原因：机油密度大，粘度大，而食用油粘度小，密度小，在相同体积的溶液中，机油在溶液之中分散得更均匀，相同质量油体积少，在充分震荡下，与废水混合后，机油能被相同量的木棉吸收，所以吸油更充分，吸油量相比食用油大。

3.2碱性条件下的吸油性能测试

取200 mL水溶液加入18 g油样，加入NaOH，配置油浓度为90 g/L的的含油废水，用pH试纸测定溶液的pH值为10，在此条件下，加入NaCl调节溶液的盐浓度，测试结果如表5所示。

由表5可知，在碱性环境下，木棉纤维对含油废水的吸油率在92%以上，最高达到97.23%，随着盐浓度的增加变化，吸油率变化不大，吸油量也几乎没有变化，这说明，木棉纤维对含油废水的吸收不受盐浓度的影响。

表5　木棉纤维在碱性条件下吸油量随盐浓度的变化

3.3中性条件下的吸油性能测试

取300 mL蒸馏水，配置浓度分别为50 g/L和90 g/L的含油废水，充分震荡30 min，加入木棉0.5 g，中性环境，盐浓度为0，在振荡器上震动4 h，其余条件和酸碱性条件下的操作处理相同。

由图6可知，虽然废水中油的浓度不同，但是木棉纤维对废水中的吸油率都达到93.34%，这说明，由于木棉拒水吸油的特性，对水中油份的吸收不随着油浓度的变化而发生很大改变，都能很好充足地吸收含油废水之中的油份，这为木棉在吸油材料领域方面的广泛适应性提供了可能。

图6　油浓度对吸油率的影响

3.4实验结果分析

3.4.1木棉纤维具有优良的疏水吸油性能和良好的浮力性能，且吸附较快，较易达到吸附平衡，常温下4 h可以达到吸附平衡，能快速吸附含油废水，是很有前景的天然纤维含油废水处理材料。

3.4.2木棉纤维受溶液环境的影响较小，在不同的pH和不同种油的条件下依然能有很高的吸附性能，适应能力较强，因此应用前景十分广泛。

3.4.3在各种条件下，吸油率都达到90%以上，即在不同环境下吸油率不会受到大的影响，可见木棉对油的吸附可以适应不同盐浓度的环境。

4　结论

木棉纤维在常温下，随着碱或者酸浓度的改变重量损失基本不变，但是在温度升高的情况下，酸碱溶液浓度升高，木棉失重随之增加；可见，温度、酸碱度对木棉纤维重量损伤都有很大的影响。在不同油成份的含油废水中，木棉纤维的吸油率都达到92%以上，说明木棉对不同油浓度的含油废水的吸收率几乎不受影响，但是总体来说，对浓度大的油吸收率相对较大。

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