辉光放电电解等离子体引发合成丙烯酸基水凝胶及性能研究

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辉光放电电解等离子体(GDEP)是一种新型的产生等离子体的电化学方法。采用特殊工艺制作的电极,当电压足够高时,阳极针状电极与周围电解液之间产生辉光,使周围溶剂迅速汽化而形成稳定的蒸汽鞘,持续产生H2O2、HO+2、H3O+、OH·、H·等高活性粒子,这些粒子很容易被输送到电极附近的溶液中,从而为各种类型的溶液化学反应提供了活性中间体源。本论文提出在水溶液中用辉光放电电解等离子体引发合成高分子水凝胶的新方法。重点研究了辉光放电电解等离子体引发聚合高分子水凝胶的机理,并将合成的水凝胶用于保水和染料废水的净化,以期能够使辉光放电电解等离子体在高分子材料制备方面发挥一定作用。本论文共分4章:第1章综述了辉光放电电解等离子体的实验装置、自由基产生的机理以及国内外研究现状。同时,对水凝胶的合成及其在水净化中的应用也做了概述。第2章以丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)为单体, N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,在水溶液中利用辉光放电电解等离子体(GDEP)引发一步制得聚(丙烯酰胺-丙烯酸)(P(AM-co-AA))水凝胶。考察了放电电压、放电时间、交联剂含量、AM和AA质量比以及中和度对P(AM-co-AA)吸附孔雀石绿(MG)的影响。用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和热重分析(TGA)分别对P(AM-co-AA)水凝胶进行了表征,同时探讨了引发机理.结果表明,水凝胶对MG的最大吸附量为864mg/g。第3章以丙烯酸(AA)和壳聚糖(CS)为单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用辉光放电等离子体技术引发聚合法在水溶液中一步制得了丙烯酸/壳聚糖(AA/CS)高吸水性复合材料。然后考察了放电电压、温度、CS与AA质量比及交联剂用量对树脂吸水率的影响,用红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)分别对最佳产品的结构、热稳定性和表面形貌进行了表征。结果表明,在最佳条件下,复合材料性能良好。讨论了pH值,不同盐溶液(NaCl, KCl, MgCl2和CaCl2)等对水凝胶吸水行为的影响。第4章以N,N’亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,用辉光放电电解等离子体引发丙烯酸共聚在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸上,合成丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AA/AMPS)水凝胶。用傅里叶变换红外光谱(FT-IR),热重分析(TGA),扫描电子显微镜(SEM)分别对最佳产品的结构、稳定性和形貌进行表征。并对其机理进行讨论。对反应条件(如放电电压、放电时间、温度、AMPS与AA的质量比和交联剂的含量)进行了系统优化。最优水凝胶的最大吸水量为1685g H2O/g,并且用于研究在不同pH值和盐溶液(氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙)对溶胀的影响,此外,水凝胶在水中的溶胀动力学和开关行为也进行了研究。结果表明,水凝胶对pH和盐的响应。
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