黏土基高分子复合材料的制备及其保水固沙性能研究

摘要

土地荒漠化、沙漠化严重威胁国家生态安全，制约社会经济可持续发展，是当前重大的民生问题，防沙治沙显得尤为重要。新型的环境友好型固沙材料必须要具有较强的粘结作用，能够使松散的沙粒粘结在一起，形成粘结强度高的固结层。同时，还要有一定的吸水能力和保水能力，以降低蒸发，储存水分，保证沙生植物生长过程中的水分供给，为植物生长创造良好的条件。在天然高分子（海藻酸钠、黄原胶等）和矿物黏土的基础上研究开发有机-无机复合保水及固沙材料，既能达到了防风固沙、恢复植被的目的，又可以避免不易降解的高分子材料对沙漠地区的污染。
　　基于上述研究目的，本文通过在溶液中接枝聚合的方法制备了PVA-g-PAA/APT和NaAlg-g-PAA/organo-loess两种高吸水复合材料，和XG-g-PAA/laterite复合固沙材料，讨论了各因素对复合材料性质及性能的影响，并对复合材料进行了结构和形貌的表征，以及应用性能的测试。主要工作如下:
　　1.在水溶液中，采用接枝聚合的方法，以聚乙烯醇，坡缕石黏土和部分中和的丙烯酸为原料，过硫酸铵（APS）和N, N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）分别为引发剂和交联剂，制备了PVA-g-PAA/APT高吸水复合材料，并对该高吸水复合材料中坡缕石黏土的用量进行了考察及优化，最优条件下制备的样品在蒸馏水和0.9 wt％ NaCl溶液中的溶胀倍率分别为680 g/g和53 g/g，坡缕石黏土的引入使得高吸水复合材料的溶胀倍率明显增大。高吸水复合材料在不同 pH值溶液、离子型表面活性剂溶液、不同价态的电解质溶液中的溶胀倍率及其保水性能表明其可以满足不同沙土条件的应用。此外，在不同价态的盐溶液中的溶胀-去溶胀行为测试表明，该高吸水复合材料也可用于去除溶液中的多价金属离子。
　　2.在水溶液中，以海藻酸钠，部分中和的丙烯酸和有机黄土为原料，以过硫酸铵和N，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）分别为引发剂和交联剂，通过接枝聚合的方法制备了NaAlg-g-PAA/organo-loess高吸水复合材料，优化了黄土及有机黄土的添加量，最优条件下制备得到的高吸水复合材料在蒸馏水和0.9 wt% NaCI溶液中的溶胀倍率分别为656 g/g和69 g/g。高吸水复合材料在较宽的pH值范围（pH=4-10）内表现出了几乎恒定且相对较高的溶胀倍率。在表面活性剂溶液中，高吸水复合材料的溶胀能力主要取决于表面活性剂的类型和浓度，且在相同浓度下其在阴离子表面活性剂溶液中的溶胀倍率大于阳离子表面活性剂。
　　3.在水溶液中，通过接枝聚合黄原胶、丙烯酸和红土，成功制备了一种新型的有机-无机复合固沙材料（XG-g-PAA/laterite）。考察了固沙材料的含量对相关固沙性能的影响。结果表明，这种化学固沙材料能够显著提高固沙试样的抗压强度。同时，固沙试样具有良好的耐水性、耐热性、抗冷冻-融性和抗紫外老化性。除此之外，用固沙材料处理的沙洋表现出了优异耐水性的保水性。因此，该固沙材料的固沙前景可观。
　　此外，上述复合材料采用FTIR，XRD，FE-SEM，TEM，TGA，DSC和element mapping等表征手段进行了表征，结果表明丙烯酸被接枝聚合到了天然高分子骨架上，而黏土也通过其表面的硅醇羟基参与了反应，均匀分散在了聚合物矩阵中。

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西北师范大学研究生学位论文作者信息

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 沙漠化的概述

1.3 国内外防沙治沙的的研究进展

1.4 化学固沙材料研究现状

1.5 化学固沙材料存在的问题及发展趋势

1.6 本课题的研究意义和内容

参考文献

第二章 坡缕石基有机-无机高吸水复合材料的制备及其性能研究

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

参考文献

第三章 黄土基有机-无机高吸水复合材料的制备及其性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4结论

参考文献

第四章 红土基有机-无机复合固沙材料的制备及其性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

参考文献

硕士期间发表论文、专利、参研项目及获得奖励

致谢