玉米秸秆基两性高吸水性树脂的制备及其性能的研究

【摘要】：高吸水性树脂是一种迅速发展,极有前途的新型功能高分子吸水材料。因良好的吸水性能,在农林、建筑材料、医药卫生、沙漠防治及日常生活用品等方面得到广泛的应用。我国农作物秸秆大量剩余,农田肥料流失严重。因此,用于土壤水肥调控的高吸水性树脂具有很好的研究潜力。本研究制备了不同阳离子型的两性高吸水性树脂,研究了不同合成工艺条件对产物的影响,并对两性高吸水性树脂的结构进行表征,对其性能进行测定。主要研究内容及结果如下： 以预处理后的玉米秸秆为原料,以N,N-业甲基双丙烯酰为交联剂,以过二硫酸钾、硝酸铈铵、业硫酸钠为引发剂,采用水溶液聚合法,分别以二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基化铵为阳离子单体,丙烯酸为阴离子型单体,丙烯酰胺为耐盐性非离子单体,合成两性高吸水性树脂。讨论了秸秆用量、阳离子单体用量、丙烯酸用量、丙烯酰胺用量、中和度、引发剂用量、交联剂用量、反应温度和反应时间对高吸水性树脂吸液率的影响,确定了最优合成条件。 研究表明以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为阳离子单体时,最佳合成条件是：秸秆、丙烯酸、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵的质量分别为1.0g、5.0g、2.0g、0.5g;引发剂用量占单体总质量的比值是1.4%;交联剂用量占单体总质量的比值是0.1%；中和度为85%;反应温度为60℃；反应时间是4h时,高吸水性树脂吸液率达到最大值,吸水率为298.78g/g,0.9Wt%盐水吸收量为37.04g/g。 以丙烯酰氧乙基三甲基化铵(DAC)为阳离子单体时,在秸秆、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲然化铵的质量分别为1.0g、5.0g、1.0g、0.5g,引发剂用量占单体比率为1.2%,交联剂用量占单体总量比率为0.1%,中和度为75%,反应时间为3h,反应温度为60℃的合成条件下,高吸水性树脂达到最大吸水率和吸盐水率,分别为：235.87g/g和31.26g/g。 以甲基丙烯酰氧乙基三甲基化铵(DMC)为阳离子单体时在秸秆、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基化铵的质量分别为1.0g、5.0g、3.0g、0.5g,引发剂用量占单体比率为1.2%,交联剂用量占单体总量比率为0.1%,中和度为75%,反应时间为3h,反应温度为60℃的合成条件下,高吸水性树脂达到最大吸水率和吸盐水率分别为：198.67g/g和26.29g/g。 采用红外光谱、扫描电子显微镜及热重分析对三种两性高吸水性树脂的结构进行表征。实验结果农明,通过水溶液聚合法,单休能成功接枝共聚到纤维素骨架中,形成网络结构,有利于水分子的进入,从而提高吸液率；高吸水性树脂的热稳定性良好。通过对三种不同阳离子型高吸水性树脂进行对比发现,以DMDAAC为阻离子的SAR热稳定性最好,低于100℃失重率仅为6.01%,形成的网络结构更多、空间更大,吸液率更强;以DMC为阻离子的SAR形成的骨架结构最不明显,导致吸液率的不同。 本文研究了不同pH值对三种两性高吸水性树脂吸液率的影响、高吸水性树脂树脂的反复使用性,其对氮磷的吸附能力等。结果表明：在pH值在5-9范围内,高吸水性树脂均具有较好的吸水性,当pH值为7时,高吸水性树脂具有最大吸水能力;高吸水性树脂反复使用性良好,五次重复使用后吸液率下降不明显;不同阻离子对SAR吸水能力的影响大小为Na+K+Ca2+Al3+,不同阴离子对SAR吸水能力的影响大小为NO3-Cl-SO42-;高吸水性树脂具有良好好的氮、磷吸附能力,均在4h内达到平衡吸附量。 【关键词】：玉米秸秆 高吸水性树脂 阳离子单体 最佳条件 氮磷吸附能力
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X71
【目录】：

• 摘要11-13
• Abstract13-16
• 第1章 引言16-19
• 1.1 本文的研究背景和意义16-18
• 1.2 本文的研究内容及创新之处18-19
• 1.2.1 本文的研究内容18
• 1.2.2 本文的创新之处18-19
• 第2章 文献综述19-33
• 2.1 玉米秸秆19-25
• 2.1.1 玉米秸秆的基本组成19-20
• 2.1.2 玉米秸秆的用途20-23
• 2.1.3 玉米秸秆的预处理23-25
• 2.2 高吸水性树脂25-33
• 2.2.1 高吸水性树脂的概述25
• 2.2.2 高吸水性树脂的分类25-26
• 2.2.3 高吸水性树脂的制备方法26-28
• 2.2.4 高吸水性树脂的吸水机理28-29
• 2.2.5 高吸水性树脂的性能测定及结构表征29-30
• 2.2.6 高吸水性树脂的用途30-31
• 2.2.7 高吸水性树脂的发展31-33
• 第3章 实验材料和方法33-38
• 3.1 试剂和材料33-34
• 3.1.1 实验试剂33
• 3.1.2 实验仪器33-34
• 3.2 实验方法34-38
• 3.2.1 高吸水性树脂的制备34-35
• 3.2.2 高吸水性树脂结构表征35
• 3.2.3 高吸水性树脂性能测试35-38
• 第4章 玉米秸秆/丙烯酸/丙烯酰胺/二甲基二烯丙基氯化铵两性高吸水性树脂的合成38-47
• 4.1 合成条件对SAR吸液倍率的影响38-46
• 4.1.1 二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)用量对SAR吸液倍率的影响38-39
• 4.1.2 丙烯酸(AA)用量对SAR吸液倍率的影响39-40
• 4.1.3 丙烯酰胺(AM)用量对SAR吸液倍率的影响40
• 4.1.4 秸秆用量(PTCS)用量对SAR吸液倍率的影响40-41
• 4.1.5 引发剂用量对SAR吸液倍率的影响41-42
• 4.1.6 交联剂用量(MBA)对SAR吸液倍率的影响42-43
• 4.1.7 中和度对SAR吸液倍率的影响43-44
• 4.1.8 反应温度对SAR吸液倍率的影响44-45
• 4.1.9 反应时间对SAR吸液倍率的影响45-46
• 4.1.10 SAR最佳合成条件46
• 4.2 结论46-47
• 第5章 玉米秸秆/丙烯酸/丙烯酰胺/丙烯酰氧乙基三甲基化铵两性高吸水性树脂的合成47-54
• 5.1 合成条件对SAR吸液倍率的影响47-52
• 5.1.1 秸秆用量对SAR吸液倍率的影响47
• 5.1.2 DAC用量对SAR吸液倍率的影响47-48
• 5.1.3 AM用量对SAR吸液倍率的影响48
• 5.1.4 AA用量对SAR吸液倍率的影响48-49
• 5.1.5 中和度对SAR吸液倍率的影响49-50
• 5.1.6 引发剂量对SAR吸液率倍影响50
• 5.1.7 交联剂(MBA)用量对SAR吸液倍率的影响50-51
• 5.1.8 反应温度对SAR吸液倍率的影响51-52
• 5.1.9 反应时间对SAR吸液倍率的影响52
• 5.1.10 SAR最佳合成条件52
• 5.2 结论52-54
• 第6章 玉米秸秆/内烯酸/丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基三甲基化铵两性高吸水性树脂的合成54-61
• 6.1 合成条件对SAR吸液倍率的影响54-59
• 6.1.1 秸秆(PTCS)用量对SAR吸液倍率的影响54-55
• 6.1.2 甲基丙烯酰氧乙基三甲基化铵(DMC)用量对SAR吸液倍率的影响55
• 6.1.3 丙烯酸(AA)用量对SAR吸液倍率的影响55-56
• 6.1.4 丙烯酰胺(AM)用量对SAR吸液倍率的影响56-57
• 6.1.5 引发剂用量对SAR吸液倍率的影响57
• 6.1.6 交联剂(MBA)用量对SAR吸液倍率的影响57-58
• 6.1.7 中和度对SAR吸液倍率的影响58
• 6.1.8 反应时间对SAR吸液倍率的影响58-59
• 6.1.9 反应温度对SAR吸液倍率的影响59
• 6.1.10 SAR最佳合成条件59
• 6.2 结论59-61
• 第7章 高吸水性树脂的结构表征61-68
• 7.1 扫描电子显微镜图分析61-63
• 7.2 红外光谱分析63-65
• 7.3 热重分析65-67
• 7.4 结论67-68
• 第8章 高吸水性树脂的性能测定68-85
• 8.1 SAR吸水动力学68-71
• 8.2 不同pH值对SAR吸水能力的影响71-73
• 8.3 SAR的反复使用性73-74
• 8.4 不同盐离子对SAR的吸水能力的影响74-78
• 8.5 SAR对氮磷的吸附性能78-84
• 8.6 结论84-85
• 第9章 结论85-87
• 参考文献87-95
• 致谢95-96
• 攻读硕士学位期间发表的论文96-97
• 学术论文评阅及答辩情况表97

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