锯屑基高倍吸水树脂的制备与应用研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chris_1988
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高倍吸水树脂作为一种新型的多功能材料,不仅可以吸收本身数百倍的水分,而且具有很好的保水性能。此外,它在水以及乙醇等有机溶剂中不会发生溶解。由于具备这些优异的性能,树脂已经被开发为农业领域中的保水剂、医疗卫生行业的缓释药物载体、建筑工程中的防水剂、食品工业中的保鲜剂等产品。目前,全球高倍吸水树脂的市场值达到了90亿美元。然而,市场现有的高倍吸水树脂产品多为以石油为原材料的一次性产品,存在回收利用率低,生物降解性差等问题。本研究选取木材和林业的廉价副产品-锯屑作为一种框架结构,与丙烯酸和丙烯酰胺合成单体制备高倍吸水树脂。考察了过硫酸铵(APS)含量、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)含量、丙烯酸(AA)含量、丙烯酰胺(AM)含量、丙烯酸中和度、反应温度对高倍吸水树脂润胀率的影响。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和热重分析等手段对合成树脂进行了各方面的性能表征。此外,本文用锯屑基高倍吸水树脂与表面活性剂复配制备了一种矿区抑尘剂。探究了表面活性剂类型、表面活性剂浓度和树脂浓度对抑尘剂的p H值、渗透性、抗蒸发性、粘度和表面张力的影响。最后,在优化配比条件下,讨论分析了抑尘剂对煤粉的抗风蚀性能。本文的主要研究结论如下:(1)本研究采用单因素试验法得到锯屑基高倍吸水树脂的优化工艺为:AA含量为8 g;AM:AA的比例为1:6;交联剂含量为0.6%;引发剂含量为0.3%;AA的中和度为50%;反应温度为60℃。高倍吸水树脂在去离子水和0.9%Na Cl溶液中的润胀率分别达到738.12 g/g和90.18 g/g。(2)通过FTIR、XRD和SEM表征手段,对锯屑和锯屑基高倍吸水树脂(SW-AA-AM)的官能团、结晶度和微观表面形貌进行了分析,证实成功制备了SW-AA-AM。锯屑基高倍吸水树脂具有连续多孔的表面结构,具有出色的溶胀能力、热稳定性和重复使用性。此外,试验证明树脂可以作为一种改善土壤孔隙度和降低内部水分挥发的保水剂。(3)本研究基于3因素4水平正交试验设计法所得结果和成本效益两方面的考虑,确定了抑尘剂溶液的优化配方为:表面活性剂类型为曲拉通X-100、表面活性剂浓度为0.15%和树脂浓度为0.02%。优化抑尘剂溶液的p H值为6.89;粘度为13 m Pa·s;表面张力为31.279 m N·m-1;抗蒸发性为15.5%;渗透深度为30 mm。(4)抗风蚀试验结果表明,本高倍吸水树脂型抑尘剂的粉尘抑制性能相比传统的卤化物和水有了很大的提升。经过抑尘剂处理的煤尘表面光滑完整,且煤粉凝聚紧密,可以很好地抵抗外界的影响。本研究以未经任何化学处理的木材锯屑为引发位点,一步法制备了高倍吸水树脂。在此基础上,高倍吸水树脂与表面活性剂复配制备了一种应用于矿区道路与煤堆的抑尘剂,在抗风蚀方面与传统抑尘材料进行了对比研究。这不仅能为锯屑的利用提供一种新方向,为制备经济、高效、环保的工业高倍吸水树脂提供潜在的选择,而且可推动高倍吸水树脂在矿区抑尘领域的应用研究。
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