沙棘枝糠粉基高吸水性树脂的制备及应用

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高吸水性树脂是一种能吸收自身重量几千倍水分的新型功能高分子材料,保水性能优越,具备较强的抗压能力,被广泛的应用于各个领域。本文以废弃沙棘枝糠粉为原材料,与传统高吸水性树脂相结合,制备出一种可生物降解、环境友好型的高吸水性复合材料,并将其应用于染料废水处理和尿素缓释领域,不仅解决了高吸水性树脂在使用时存在的生产成本高、耐盐性弱和可生化性差等缺点,并达到废物利用,变废为宝的目的。具体研究内容如下:(1)SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂的制备及其性能研究以废弃沙棘枝糠粉为原料,丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为单体,过硫酸铵((NH4)2S2O8)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过溶液聚合法合成了一种SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂。采用FT-IR和SEM对样品的结构和表面形貌进行表征。考察了介质温度、pH值、以及盐离子强度对SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂溶胀性能的影响,并利用动力学模型对溶胀过程进行了分析。研究表明SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂在去离子水和0.9%NaCl溶液中的吸水倍率分别可达130.0 g/g和25.0 g/g,在60℃下仍具有较好的保水性能。溶胀动力学模型研究表明,Scott,二阶溶胀动力学模型和指数模型可以很好地描述溶胀过程。温度越高,SBP-g-P(AA-co-AM)的平衡吸水量越小,达到平衡所需的时间越短。当pH值为6时,SBP-g-P(AA-co-AM)的溶胀能力最强。盐离子对吸水行为的影响顺序大小为:Na+>K+>NH4+>Mg2+>Ca2+>Fe3+。重复吸水性能测试表明,循环5次后,在去离子水和0.9%NaCl溶液中的吸水倍率保持了最大吸水倍率的90.2%和80.8%,表明SBP-g-P(AA-co-AM)具有很好的重复吸水能力。(2)SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂对亚甲基蓝的吸附性能研究将SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂作为吸附剂,用以除去水体中的亚甲基蓝。考察了pH、亚甲基蓝初始浓度、温度等因素对吸附性能的影响,并利用动力学模型、等温吸附方程和热力学方程对吸附过程进行了分析。结果表明,SBP-g-P(AA-co-AM)高吸水树脂对亚甲基蓝有良好的吸附效果,吸附最佳pH值为7;当亚甲基蓝浓度在5mg/L25 mg/L范围内时,吸附量随着亚甲基蓝浓度的增加而增加;温度变化对吸附过程影响较小,温度升高,平衡吸附量略有下降。SBP-g-P(AA-co-AM)高吸水树脂对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程,吸附为单分子层吸附;吸附反应的ΔG和ΔH的值都小于零,说明SBP-g-P(AA-co-AM)高吸水树脂吸附亚甲基蓝染料的过程是自发的放热过程。(3)SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂对尿素的缓释性能研究将SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂作为载体,浸泡在一定浓度的尿素溶液中制得缓释尿素SRU,尿素负载率随着尿素溶液浓度的增加而增加,而SBP-g-P(AA-co-AM)复合高吸水树脂的溶胀能力随着尿素溶液浓度的增加稍有下降。考察了释放介质pH值、NaCl水溶液的浓度和温度对尿素释放过程的影响,并用扩散模型对释放过程进行了分析。结果表明,尿素在pH=2和pH=11的溶液中的释放速率较快,40 min左右即达到释放平衡,而在pH=7的溶液中大约需要60 min才可达到。当NaCl水溶液的浓度在0.00.5 mol/L范围内时,尿素的释放速率随着NaCl水溶液浓度的增加而加快。当去离子水溶液温度在3050℃范围内时,尿素的释放速率随着去离子水溶液温度的升高而加快。扩散模型表明,该释放过程由SBP-g-P(AA-co-AM)共聚树脂分子的松弛引起的溶胀和尿素的扩散共同决定,呈异常扩散过程。
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