木棉纖維性能測試與研究

張倩倩，孫衛國

(西安工程大學，陜西 西安 710048)

木棉纖維作為一種天然纖維原料，具有和棉纖維相似的性能和風格，保暖性能好，吸濕透濕、彈性舒適程度高、質量輕、成本低，具有廣闊的應用前景。由于目前采用的聚脂、聚丙稀材料的不可降解性，給由其做成的吸油材料廢棄后的處理帶來一定難度，無論是焚燒還是地下填埋，都將造成二次污染。木棉纖維作為天然纖維可循環利用多次，是可生物降解的新型吸油材料。

1　木棉纖維的性能測試

1.1木棉纖維的形態結構

采用NeoScope JCM-5000型掃描電子顯微鏡，對木棉纖維的橫、縱向分別進行了拍照并觀察，圖1和圖2為其橫截面和縱向形態圖。

1.2木棉纖維的特性分析

木棉纖維是大中空結構，中空度達80%以上,是最常用的一種浮體材料,它是天然植物纖維,且首尾兩端封閉。單根木棉纖維就是一個小氣囊,其表面所含的天然脂肪蠟質使它具有很好的拒水性,所以用其制作浮體材料有著其他固體材料無法比擬的優勢。木棉纖維價格低廉易得，且制備時只需對其浸泡風干即可，制備簡單易行，用來處理含油廢水成本低，具有優良的疏水吸油性能，吸附劑吸附較快，較易達到吸附平衡。

2　木棉纖維耐酸堿性測試及分析

2.1耐酸性正交實驗及其分析

采用正交實驗測試木棉纖維的耐酸性，正交實驗設計如表1所示。

表1　木棉纖維耐酸性正交實驗因素水平

由表2可知，在酸性和高溫條件下，木棉纖維的失重率較大，但在常溫下失重率僅有6%，因此可以認為木棉在常溫下受酸的影響較小。

表2　耐酸性正交試驗

2.2耐堿性正交實驗及其分析

采用正交實驗測試木棉纖維的耐堿性，正交實驗設計如表3所示。

表3　耐堿性正交實驗因素水平

表4　耐堿性正交實驗

從表4可知，木棉纖維在堿性條件下，失重率隨著溫度、時間、堿濃度的增加而逐漸增加。當溫度達到100℃，濃度在8 mol/L，在短短的15 min之內，纖維的失重損傷就達到90%，而在常溫下，纖維受堿濃度和時間的影響只有1%，由此可見，在常溫下，NaOH對木棉沒有影響。

3　木棉纖維木棉吸油性能測試及分析

3.1酸性條件下的吸油性能測試

溶液中加入鹽酸，油濃度為90 g/L的含油廢水中,加入油質量18 g，溶液體積為200 mL，用pH試紙測得溶液的pH值為3，在此條件下，加入NaCl調節溶液的鹽濃度，試驗結果如圖5所示。

圖5　鹽濃度對吸油率的影響

由圖5知，機油的吸油率大于食用油，其主要原因：機油密度大，粘度大，而食用油粘度小，密度小，在相同體積的溶液中，機油在溶液之中分散得更均勻，相同質量油體積少，在充分震蕩下，與廢水混合后，機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堿性條件下的吸油性能測試

取200 mL水溶液加入18 g油樣，加入NaOH，配置油濃度為90 g/L的的含油廢水，用pH試紙測定溶液的pH值為10，在此條件下，加入NaCl調節溶液的鹽濃度，測試結果如表5所示。

由表5可知，在堿性環境下，木棉纖維對含油廢水的吸油率在92%以上，最高達到97.23%，隨著鹽濃度的增加變化，吸油率變化不大，吸油量也幾乎沒有變化，這說明，木棉纖維對含油廢水的吸收不受鹽濃度的影響。

表5　木棉纖維在堿性條件下吸油量隨鹽濃度的變化

3.3中性條件下的吸油性能測試

取300 mL蒸餾水，配置濃度分別為50 g/L和90 g/L的含油廢水，充分震蕩30 min，加入木棉0.5 g，中性環境，鹽濃度為0，在振蕩器上震動4 h，其余條件和酸堿性條件下的操作處理相同。

由圖6可知，雖然廢水中油的濃度不同，但是木棉纖維對廢水中的吸油率都達到93.34%，這說明，由于木棉拒水吸油的特性，對水中油份的吸收不隨著油濃度的變化而發生很大改變，都能很好充足地吸收含油廢水之中的油份，這為木棉在吸油材料領域方面的廣泛適應性提供了可能。

圖6　油濃度對吸油率的影響

3.4實驗結果分析

3.4.1木棉纖維具有優良的疏水吸油性能和良好的浮力性能，且吸附較快，較易達到吸附平衡，常溫下4 h可以達到吸附平衡，能快速吸附含油廢水，是很有前景的天然纖維含油廢水處理材料。

3.4.2木棉纖維受溶液環境的影響較小，在不同的pH和不同種油的條件下依然能有很高的吸附性能，適應能力較強，因此應用前景十分廣泛。

3.4.3在各種條件下，吸油率都達到90%以上，即在不同環境下吸油率不會受到大的影響，可見木棉對油的吸附可以適應不同鹽濃度的環境。

4　結論

木棉纖維在常溫下，隨著堿或者酸濃度的改變重量損失基本不變，但是在溫度升高的情況下，酸堿溶液濃度升高，木棉失重隨之增加；可見，溫度、酸堿度對木棉纖維重量損傷都有很大的影響。在不同油成份的含油廢水中，木棉纖維的吸油率都達到92%以上，說明木棉對不同油濃度的含油廢水的吸收率幾乎不受影響，但是總體來說，對濃度大的油吸收率相對較大。

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