Synthesis, characterization and application of high oil absorbing and water absorbing resins

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随着全球石油工业和海洋运输业的高速发展,海洋石油泄漏和含油污染物的大量排放已经对人类环境造成了严重的危害,所以研究开发清洁高效的油污清除材料已经成为人们普遍关注的话题。在众多含油污染物的处理方法中,吸附法由于具有吸附效率高、吸油速度快、生产和运行成本相对低廉、适用范围宽、结构容易设计和吸附剂容易回收使用及不易产生二次污染等特点,被认为是最有前途的方法。尤其是高吸油树脂自出现以来就成为含油污染物治理领域的研究热点而被广泛研究和应用。丙烯酸酯类共聚物是目前研究开发的高吸油树脂的主要成分,而且显示出较高的吸油效率。所以本论文选择丙烯酸酯类高吸油树脂作为研究目标,同时选择绿色环保的功能离子液体和自然界广泛存在的,价格便宜的天然高分子材料如纤维素、凹凸棒土等作为添加剂,旨在通过这些天然和合成高分子材料的复合制备出一些性能优异的生态友型高吸油树脂材料,并探讨它们在油污去除方面的应用。  本研究分为四个部分:第一章对目前油污染现状及其治理方法作了简要介绍,并对吸油材料的制备和应用进展进行了综述。第二章利用悬浮共聚法,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和合成的功能离子液体1-丁基-3-(2-甲基丙烯酰基)乙基咪唑六氟磷酸盐为单体,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,聚乙烯醇(PVA)为分散剂,合成了一种新型的离子液体参与的高吸油树脂。利用FT-IR,TGA和SEM等技术手段对合成的树脂结构进行了表征,考查了实验条件如单体比例,引发剂、交联剂及分散剂加入量,聚合温度和聚合时间等对合成的高吸油树脂 p(BMIm-MMA-BA)吸油率的影响。在优化的实验条件下,高吸油树脂对苯、二甲苯、氯仿和四氯化碳的吸油率分别达到25.6,22.6,32.3和30 g/g。吸油过程遵循准一级动力学模型。第三章以磁性功能化修饰的凹凸棒土粒子ATP-Fe3O4为基底,以MMA,BA为单体,MBA为交联剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,通过悬浮聚合法合成了一种磁性高吸油复合树脂p(MMA-BA)/ATP–Fe3O4,系统考查了实验条件对合成的复合树脂性能的影响。结果表明,该复合树脂兼具了较强的磁性和较高的吸油性能,对二甲苯、甲苯、四氯化碳和氯仿的的最大吸油率达分别达到了23.8,25,30.0和32.6g.g-1,明显优于部分已经报道的吸油材料,同时非常容易回收和再利用。吸油动力学研究表明,该树脂的吸油过程符合准一级动力学模型和粒子内扩散模型。第四章以羧甲基纤维素(CMC)和凹凸棒土(ATP)天然高分子材料为基础,以 MBA为交联剂,APS为引发剂,聚乙二醇(PEG)为相转移催化剂,通过丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的接枝共聚制备了一种生态友好型高溶胀超吸水树脂CMC-g-p(AA-AMPS)/ATP材料,考查了合成条件对超吸水树脂溶胀行为的影响。结果表明,制备的超吸水树脂具有较高的吸水和保水能力,对蒸馏水和0.9%的食盐水的饱和吸水量分别为864 g.g-1和72 g.g-1,而且其吸水能力与溶液的pH和盐溶液的这类密切相关。
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