生物胶-黄土复合材料的制备及保水固沙性能研究

摘要

土地沙漠化是当今世界最为严峻的生态问题，干燥少雨的沙漠化环境对我国人民生产生活造成了严重影响，对生态脆弱的沙区进行生态环境修复是我国可持续发展战略急需解决的问题之一。目前，普遍采用的固沙方式有工程固沙、生物固沙和化学固沙。化学固沙适用于环境恶劣，不易进行工程固沙和生物固沙的地区，因其具有可机械施工、简单快速、固沙效果立竿见影的特点，近年来得到了很大的发展。保水材料能够吸附其自身成百甚至上千倍的水，具有较强的耐酸碱性及耐高温性能，特别适合高温少雨的沙漠环境。本文应用环境友好的生物质高分子材料瓜儿胶、黄原胶，以及自然界广泛分布、储量丰富的天然黄土为主要原料，复配环境友好型高分子，制备了两种有机-无机复合高分子材料，并应用于保水和固沙研究。
　　本研究主要内容包括：⑴以瓜尔胶（GG）、丙烯酸（AA）和黄土（loess）为原料，过硫酸铵（APS）为引发剂，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，采用水溶液聚合法制备了瓜尔胶接枝聚丙烯酸/黄土（GG-g-PAA/loess）复合高吸水性树脂。采用FTIR和SEM对其结构进行了表征，研究了黄土的添加量对复合高吸水性树脂的溶胀能力和溶胀动力学的影响，考察了复合高吸水性树脂的保水性能、反复溶胀性以及在不同pH溶液中的吸水性能。结果表明：瓜尔胶、丙烯酸和黄土发生了接枝共聚，体系中引入黄土能够显著提高复合高吸水性树脂的吸水性能。当黄土的含量为2％时，该树脂最高吸水倍率可达602 g/g，室温下6 d后，其保水率仍达28%，5次反复溶胀，吸水倍率仍能保持初始时的49%。此外，该复合高吸水性树脂还表现出优异的pH稳定性。⑵以黄原胶（XG）、丙烯酸（AA）和黄土（loess）为原料，过硫酸铵（APS）为引发剂，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，采用水溶液聚合法制备了黄原胶接枝聚丙烯酸/黄土（XG-PAA/loess）复合高吸水性树脂。采用FTIR和SEM对其结构进行了表征，考察了黄土的含量、pH值、表面活性剂、盐以及温度对复合高吸水性树脂的溶胀能力和保水性能的影响。结果表明：该复合高吸水性树脂表现出了优异的吸水性能（610 g/g在蒸馏水中）、pH稳定性（pH5-10）以及在阴离子表面活性剂溶液中更高的溶胀性能。此外，该复合高吸水性树脂还可用于对溶液中多价金属离子的去除。⑶以瓜尔胶（GG）、丙烯酸（AA）和黄土（loess）为原料，应用与第一部分类似的制备方法，制备了新型的有机-无机复合化学固沙剂（GG-g-PAA/loess）。考察了固沙剂的用量对固沙性能的影响，并对固沙试样的耐紫外老化性、热老化、抗冻融性、保水性进行测试。结果表明，这种化学固沙剂能够显著提高固沙试样的抗压强度，固沙试样具有良好的耐热性、抗冷冻-融性和抗紫外老化性。除此之外，用固沙剂处理的沙洋还表现出了优异的保水性能。

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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 文献综述

1.1 引言

1.2 固沙技术研究现状

1.3 化学固沙材料研究现状

1.4 有机-无机复合化学固沙材料

1.5 本课题研究的内容及意义

参考文献

第二章 基于瓜尔胶和黄土有机-无机复合材料的制备及保水性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 基于黄原胶和黄土有机-无机复合材料的制备及保水性能

3.1引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 基于瓜尔胶和黄土有机-无机复合材料的固沙性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

硕士期间发表论文、参研项目及获得奖励

致谢