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利用凤眼莲中的纤维素,采用复合引发剂体系——过硫酸钾(KSB)/亚硫酸氢钠、硝酸铈铵(CAN),引入两种单体——丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)进行接枝共聚,采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺轻度交联(MBA),制备出的土壤改良用途的高吸水性树脂(SAR)具备良好的吸水、保水、凝胶强度等性能。该高吸水性树脂能够很好的改善土壤的理化性质,并对高吸水性树脂的复合化、耐盐性、降解性、低成本等方面作出探索。
研究了不同改性方式对风眼莲成分、表面形态、结晶度的影响及对其制备高吸水性树脂性能的影响;通过一系列均匀实验探讨了合成条件中诸多因素对树脂接枝效率、吸水倍率的影响,并得出了最佳反应条件;对最佳条件下制备的高吸水性树脂进行了性能研究;利用红外光谱、X-射线衍射、晶相显微镜、扫描电镜、示差扫描量热仪对改性前后的凤眼莲及高吸水性树脂的结构、形态、热性能进行了表征。
结果表明:
一、不同改性方式对粉碎后凤眼莲的成分有不同影响。
首先用盐酸水解.乙醚索氏提取法去掉微量的粗脂肪,用消化-蒸馏法去掉少量的粗蛋白,然后用不同的改性方法对凤眼莲进一步纯化和活化。
(1)酸法:1mol/L硝酸在100℃降解2.5~3.5h只能去除大量的半纤维素、部分木质素灰分。
(2)碱法:W<,NaOH>=10%的水溶液室温浸泡2~3d处理没有明显效果。
(3)碱蒸煮:W<,NaOH>=14%的水溶液、150℃、0.6MPa、保温时间45min能有效除去木质素灰分、半纤维素。通过红外光谱、X-衍射、晶相显微镜进一步证实了各种改性方式对凤眼莲纤维素的纯化活化效果。
二、风眼莲复合处理法制备出的树脂吸水倍率较理想。同上,先将风眼莲中少量的粗脂肪和粗蛋白去除。
(1)W<,NaOH>=10%的水溶液室温浸泡2~3d处理后用1mol/L硝酸在100℃下降解1.5~2.0h;
(2)W<,NH<,3>H<,2>O>=10%的氨水室温24h浸泡处理后用1mol/L硝酸在100℃下降解1.0~1.5h;
(3)W<,NaOH>=14%的水溶液、150℃、0.6MPa、保温时间45min后用1mol/L硝酸在100℃降解0.5~1.0h;探索出各复合处理方式最佳降解时间分别为60min、45min、30min;吸水倍率分别为149倍、198倍、286倍。
三、高吸水性树脂合成的最佳条件:中和剂为NaOH,单体与凤眼莲粉末质量比为6;交联剂MBA用量为单体质量的1.66%;AA中和度为40%.引发剂为氧化还原体系。引发剂中过硫酸钾为单体质量的1.16%,且m<,CAN>:m <,KSB>=1:5,m<,NaHSO<,3>>:m <,KSB>=1:3;反应时间4h;前期反应温度45 ℃,后期反应温度75℃;单体浓度1.6mol/L;m<,AA>:m<,AA>=3:1;引发剂分散时间45min;烘干温度70 ℃。
四、在最佳制备工艺条件下制备的高吸水性树脂其吸水倍率达450倍吸水速率快,10min左右即能达到饱和量的91%,其动力学类型结果为CaseⅠ类型,高分子链在水中伸展迅速占主导地位。高吸水性树脂保水性能好,土壤抑蒸效果明显;重复利用性能突出,使用8次后树脂吸水倍率仍达210余倍,适合重复利用;稳定性好,不易霉变。
五、高吸水性树脂的接枝效率为50.5%,单体转化率为86%,通过红外光谱确定了其凤眼莲接枝AA/AM结构的生成;DSC分析表明,高吸水性树脂具有良好的耐热性,玻璃化温度在113.45℃;通过扫描电镜观察到高吸水性树脂端面存在许多细孔、蜂窝结构,表面有大量呈“岛屿”状物,具备高聚物吸水的微观结构。
六、采用普通草地土壤,挖取1m深的土壤剖面,用铅盒和环刀分层采取0~20cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm、80~100 cm深度土壤样品。将制备出的高吸水性树脂分别混入每一土层。通过对加入高吸水性树脂和未加入高吸水性树脂不同土层土壤理化性质的分析,得出该高吸水性树脂具有良好的土壤改良性能。