小麦秸秆/膨润土基高吸水性树脂的制备及其性能研究

【摘要】：高吸水性树脂是一种高分子吸水材料,具有良好的吸水性和保水性,因此在很多领域都得到了广泛的应用。为了实现小麦秸秆的有效资源化,本研究以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、预处理后的小麦秸秆(WS)为原料,通过水溶液聚合法合成高吸水性树脂；为了进一步提高高吸水性树脂的吸液倍率、抗盐性、保水能力和凝胶强度,在丙烯酸、丙烯酰胺、预处理后的小麦秸秆等原料的基础上,又分别添加钠基膨润土、改性膨润土共聚合成高吸水性树脂；探讨了交联剂用量、引发剂用量、单体质量比、丙烯酸中和度、预处理后的小麦秸秆和膨润土用量等单因素对树脂吸液倍率的影响,并确定了合成的适宜条件；利用红外分析(FTIR).热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法对高吸水性树脂在化学结构、热分解、晶体结构、表面形态等方面进行了表征,并对其吸水、保水、耐热、耐盐性能和凝胶强度进行了研究和对比。 结果表明：以丙烯酸、丙烯酰胺、预处理后的小麦秸秆为原料制备了高吸水性树脂,其最佳工艺条件为：交联剂用量占单体总量的质量分数为0.10%,引发剂用量占单体总量的质量分数为1.5%,m(AA):m(AM)=3:1,小麦秸秆的用量为1g,丙烯酸中和度为80%,在蒸馏水和0.9%NaCl溶液中的吸液倍率分别为151.5g.g-1和20.7g·g-1；以丙烯酸、丙烯酰胺、预处理后的小麦秸秆为原料,添加钠基膨润土制备了高吸水性树脂,其最佳工艺条件为：交联剂用量占单体总量的质量分数为0.08%,引发剂用量占单体总量的质量分数为1.5%,m(AA):m(AM)=3:1,小麦秸秆的用量为1g,丙烯酸中和度为80%,膨润土用量为3.0%,在蒸馏水和0.9%NaCl溶液中的吸液倍率分别为173.0g·g-1和22.8g·g-1；以丙烯酸、丙烯酰胺、预处理后的小麦秸秆为原料,添加改性膨润土制备高吸水性树脂,其最佳工艺条件为：交联剂用量占单体总量的质量分数为0.05%,引发剂用量占单体总量的质量分数为1.5%,m(AA):m(AM)=3:1,小麦秸秆的用量为1g,丙烯酸中和度为80%,膨润土用量为2.0%。在蒸馏水和0.9%NaCl溶液中的吸液倍率分别为195.7g·g-1和24.2g·g-1。 红外分析证明,三种高吸水性树脂均成功合成；热重分析证明,添加膨润土后所得高吸水性树脂的耐热性能得到提高；X-射线衍分析证明,膨润土发生剥离,并均匀地分散到了高分子网络中；电镜扫描观察到了三种高吸水性树脂表面分布的凹凸、褶皱的量不同,这些微观结构的多少与高吸水性树脂的吸液倍率成正比。 通过对高吸水性树脂的性能进行对比发现,添加膨润土后所得树脂的吸液倍率和重复吸水后的恢复率明显提高：添加钠基膨润土后所制备的高吸水性树脂,在蒸馏水和0.9%盐水中的最高吸液率分别提高了14.2%和10.1%,重复吸液5次后的恢复率分别提高了13.3%和13.7%：添加改性膨润土后所制备的高吸水性树脂,在蒸馏水和0.9%盐水中的最高吸液率分别提高了29.2%和16.9%,重复吸液5次后的恢复率分别提高了18.2%和19.0%。保水实验结果表明,添加膨润土后所得的高吸水性树脂的保水性在室温、50℃、70℃、90℃下的保水能力均有明显提高,且添加改性膨润土的高吸水性树脂在这些方面的性能提高更为明显。凝胶强度的实验表明,添加膨润土后所制备的高吸水性树脂吸液后的凝胶强度和重复吸液后的凝胶强度均远强于不添加膨润土的,且添加改性膨润土的高吸水性树脂在这些方面的性能提高更为明显。 【关键词】：小麦秸秆 膨润土 高吸水性树脂 吸液性能
【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】：TQ322;X712
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 前言14-30
• 1.1 秸秆的现状14
• 1.1.1 我国农业秸秆的利用现状14
• 1.1.2 农业秸秆利用发展的新趋势14
• 1.2 膨润土的概述14-15
• 1.3 高吸水性树脂的概述15-23
• 1.3.1 高吸水性树脂的结构16
• 1.3.2 高吸水性树脂的性能16-18
• 1.3.3 高吸水性树脂的用途18-20
• 1.3.4 高吸水性树脂的分类20-22
• 1.3.5 高吸水性树脂的制备方法22-23
• 1.4 高吸水性树脂的发展状况23-26
• 1.4.1 高吸水性树脂在国外的发展状况24-25
• 1.4.2 高吸水性树脂在国内的发展状况25
• 1.4.3 高吸水性树脂的发展趋势25-26
• 1.5 小麦秸秆/膨润土基高吸水性树脂的研究状况26-28
• 1.5.1 小麦秸秆制备高吸水性树脂的可行性26-27
• 1.5.2 膨润土制备高吸水性树脂的可行性27-28
• 1.6 本研究的内容和创新之处28-30
• 1.6.1 本研究的内容28-29
• 1.6.2 本研究的创新之处29-30
• 第二章 材料和方法30-37
• 2.1 实验材料与试剂30-31
• 2.2 实验仪器和设备31
• 2.3 实验方法31-37
• 2.3.1 小麦秸秆的预处理方法31-32
• 2.3.2 膨润土的改性方法32
• 2.3.3 高吸水性树脂的合成方法32-33
• 2.3.4 产品的表征方法33
• 2.3.5 高吸水性树脂的性能测试方法33-37
• 第三章 水溶液聚合法制备高吸水性树脂37-55
• 3.1 高吸水性树脂的制备原理37-40
• 3.1.1 小麦秸秆纤维素接枝共聚原理37-39
• 3.1.2 膨润土附着高分子网络结构示意图39-40
• 3.2 高吸水性树脂的吸水机理40-44
• 3.3 各单因素对高吸水性树脂吸液倍率的影响44-54
• 3.3.1 交联剂用量对高吸水性树脂吸液倍率的影响44-46
• 3.3.2 引发剂用量对高吸水性树脂吸液倍率的影响46-47
• 3.3.3 单体质量比m(AA)：m(AM)对高吸水性树脂吸液倍率的影响47-49
• 3.3.4 预处理后小麦秸秆用量对高吸水性树脂吸液倍率的影响49-50
• 3.3.5 丙烯酸中和度对高吸水性树脂吸液倍率的影响50-52
• 3.3.6 膨润土(bentonite)用量对高吸水性树脂吸液倍率的影响52-54
• 3.4 小结54-55
• 第四章 产品的表征55-69
• 4.1 表征结果55-67
• 4.1.1 红外光谱分析(FTIR)55-57
• 4.1.2 热重分析(TGA)57-62
• 4.1.3 X-射线衍射分析(XRD)62-66
• 4.1.4 电镜扫描分析(SEM)66-67
• 4.2 小结67-69
• 第五章 高吸水性树脂的性能测试69-78
• 5.1 高吸水性树脂的性能69-77
• 5.1.1 高吸水性树树脂的吸液倍率和重复吸液能力69-70
• 5.1.2 高吸水性树脂在不同电解质溶液中的吸液倍率70-72
• 5.1.3 高吸水性树脂的吸液速率72-73
• 5.1.4 高吸水性树脂的不同粒度对树脂吸液倍率的影响73-74
• 5.1.5 高吸水性树脂在不同温度下的保水能力74-76
• 5.1.6 高吸水性树脂的凝胶强度76-77
• 5.2 小结77-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-89
• 致谢89-90
• 攻读硕士学位期间所取得的成果90-91
• 附件91

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