淀粉接枝丙烯酸合成交联型高吸水树脂及其性能研究

论文摘要

高吸水树脂是一种新型功能高分子材料,由于其吸水速度快且能吸收自身重量数百倍乃至上千倍的水,吸水膨胀后的凝胶在加压的条件下不易将水析出,而在周围环境缺水的条件下,又可以将水缓慢释放出来;高吸水树脂还具有很强吸附重金属离子的能力,因此在农业、园林、沙漠治理、环境保护、医药卫生等领域具有广泛的用途。高吸水树脂根据合成原料的不同可分为:淀粉系列、纤维系列、合成树脂系列。淀粉系列高吸水树脂的原料淀粉来源丰富,价格低廉,因此成为高吸水树脂的主要品种之一,其独特的吸水性能,优异的保水性能及良好的加工性能,使其成为最近几年的研究热点。本文以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸钾为引发剂,马铃薯淀粉与丙烯酸及其钠盐接枝共聚合成了两类交联型淀粉接枝丙烯酸高吸水树脂。在合成过程中加入适量的交联剂,以改善高吸水树脂吸水后状态、保水能力及吸附重金属离子的能力;并对影响吸水量的主要合成条件进行了详细研究,确定了合成该类型高吸水树脂的适宜条件,并且对所合成的产品进行了元素分析、IR、TGA表征。合成的普通高吸水树脂的吸液能力（g/g）为:去离子水1240,自来水390,人工血95,生理盐水80,人工尿70;含氮高吸水树脂的吸液能力（g/g）为:去离子水2150,自来水450,人工血115,生理盐水104,人工尿对高吸水树脂的吸水率、吸水速率、耐盐性、耐酸碱性、耐热性等进行了研究。探讨了高吸水树脂对重金属离子Pb2+、Zn2+和Cu2+的静态等温吸附,研究了产品粒度、接触时间、初始浓度和pH值等因素对高吸水树脂吸附重金属离子量的影响,而且首次研究了交联剂及单体中和度对产品吸附重金属离子能力的影响。结果表明,高吸水树脂对重金属离子吸附最佳粒度为0.3mm左右,接触时间为3小时。高吸水树脂对Pb2+、Zn2+、Cu2+的吸附量最大值分别出现在pH=4.5、6.7、3.6,其吸附量分别为:8.2188mg/g,2.5764mg/g,1.5181mg/g,顺序为Pb2+＞Zn2+＞Cu2+。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1.前言
• 1.1 淀粉系列高吸水树脂的应用
• 1.1.1 在生理卫生用品方面的应用
• 1.1.2 在医疗器具方面的应用
• 1.1.3 在土木建筑方面的应用
• 1.1.4 在农业方面的应用
• 1.1.5 在食品方面的应用
• 1.1.6 在环境保护方面的应用
• 1.2 淀粉系列高吸水树脂的结构及吸水机理
• 1.3 淀粉系列高吸水树脂的主要研究成果
• 1.3.1 淀粉接枝丙烯酸制备高吸水树脂
• 1.3.2 淀粉接枝丙烯酸制备含营养元素的高吸水树脂
• 1.3.3 淀粉系列高吸水树脂对金属离子的吸附
• 1.4 淀粉系列高吸水树脂的合成方法
• 1.4.1 溶液合成法
• 1.4.2 本体合成法
• 1.5 本论文的主要创新点
• 2.实验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 实验步骤
• 2.2.1 高吸水树脂的合成
• 2.2.2 人工血及人工尿的配制
• 2.2.3 金属离子溶液的配制
• 2.2.4 吸液性能的测试
• 2.2.5 金属离子吸附实验
• 2.3 高吸水树脂的表征
• 3.结果与讨论
• 3.1 合成条件的研究
• 3.1.1 交联剂的影响
• 3.1.2 引发剂的影响
• 3.1.3 单体中和度的影响
• 3.2 高吸水树脂的红外光谱与元素分析
• 3.2.1 普通高吸水树脂红外光谱及元素分析
• 3.2.2 含氮高吸水树脂红外光谱及元素分析
• 3.3 差热热重分析
• 3.4 应用性能测试
• 3.4.1 普通高吸水树脂和含氮高吸水树脂吸液能力的对比
• 3.4.2 高吸水树脂的吸液能力研究
• 3.4.3 高吸水树脂的耐盐性研究
• 3.4.4 高吸水树脂的吸水速率
• 3.4.5 不同pH值环境对高吸水树脂吸水率的影响
• 3.5 对重金属离子的吸附
• 3.5.1 交联剂对吸附的影响
• 3.5.2 中和度对吸附的影响
• 3.5.3 接触时间对吸附的影响
• 3.5.4 粒度对吸附的影响
• 3.5.6 金属离子浓度对吸附的影响
• 3.5.5 pH值对吸附的影响
• 4.结论
• 参考文献
• 致谢
• 附图