木质素基聚丙烯酸多孔凝胶的制备及性能研究

摘要

本文以碱木质素、糠醛渣木质素、酸水解碱木质素和丙烯酸为原料，制备了3种木质素-g-聚丙烯酸水凝胶(lignin-g-PAA)，碱木质素-g-聚丙烯酸(AL-g-PAA)、糠醛渣木质素-g-聚丙烯酸(FRL-g-PAA)和酸水解碱木质素-g-聚丙烯酸(AHL-g-PAA)；研究木质素基聚丙烯酸凝胶的吸水性能、农药(氟氯氰菊酯、百草枯、氰氯草酯)缓释行为和重金属离子吸附行为(Pb2+、Cu2+、Cd2+)；明确其在农业保水、农药缓释领域和去除污水中重金属离子的良好应用前景。
　　本研究主要内容包括：⑴采用FeSO4-H2O2引发碱木质素、糠醛渣木质素和酸水解碱木质素的酚羟基，通过自由基共聚反应与聚丙烯酸预聚体发生接枝共聚，通过相分离原理制备了具有多孔结构的木质素基聚丙烯酸凝胶。结果表明：3种 lignin-g-PAA凝胶的吸水性能和水分缓释率显著高于 PAA，AL-g-PAA、FRL-g-PAA和 AHL-g-PAA的最高吸水倍率分别可达到465.741 g/g、411.257 g/g以及392.814 g/g,，自然条件下干燥80 h，AL-g-PAA、FRL-g-PAA和AHL-g-PAA的水分缓释率超过92%，3种lignin-g-PAA凝胶具有明显的pH值、温度敏感性和耐盐性。⑵三种lignin-g-PAA多孔凝胶中含有大量的羟基、羧基等功能基团，并且具有很高的膨胀性能，为了扩展其在农业领域的应用，以氟氯氰菊酯、百草枯和氰氯草酯为目标分子、以农药累积释放率为指标，研究了3种 lignin-g-PAA多孔凝胶的缓释性能。结果表明：3种 lignin-g-PAA多孔凝胶水凝胶对氰氯草酯、百草枯、氟氯氰菊酯的缓释时间可达90 h；氰氯草酯、百草枯、氟氯氰菊酯的缓释规律遵循Ritger-Peppas模型，其缓释机制是骨架溶蚀和Fick扩散协同作用。⑶为开拓木质素作为新材料的高值利用技术，利用3种lignin-g-PAA多孔凝胶中含有大量的羟基、羧基等功能基团，将其应用于含有 Pb2+、Cu2+、Cd2+重金属污水处理。结果表明：3种lignin-g-PAA多孔凝胶对重金属离子的吸附的最佳pH值为5，降低温度有利于 lignin-g-PAA多孔凝胶对 Pb2+、Cu2+、Cd2+重金属离子的快速、高效吸附，动力学吸附数据遵循准二级动力学模型，吸附等温线遵循 Freundlich模型，反应热力学参数证实3种 lignin-g-PAA多孔凝胶对 Pb2+、Cu2+、Cd2+的吸附机制是自发进行的放热反应，具有物理吸附和化学吸附协同作用的特点，XPS谱图证明了 lignin-g-PAA的羟基和羧基与 Pb2+、Cu2+、Cd2+之间存在络合作用；3种 lignin-g-PAA多孔凝胶对重金属离子平衡吸附容量的排序规律为：QFRL-g-PAA＞QAL-g-PAA＞QAHL-g-PAA＞QPAA。⑷AL-g-PAA多孔凝胶的吸水性能、农药缓释性能和重金属离子吸附性能是3种L-g-PAA多孔凝胶中最优产品。在此工作基础上，调整聚丙烯酸预聚体的合成方法，制备了高度交联碱木质素-g-聚丙烯酸；研究其吸水、缓释氰氯草酯和吸附 Pb2+的性能，明确聚丙烯酸预聚体结构对 AL-g-PAA凝胶性能的影响。结果表明：高度交联 AL-g-PAA的膨胀吸水倍率为175.421 g/g，低于AL-g-PAA(465.741 g/g)。高度交联AL-g-PAA具有快速吸水的能力，60 min时其溶胀度为98%，优于AL-g-PAA(溶胀平衡时间为500 min)。高度交联 AL-g-PAA对 Pb2+的动力学吸附数据符合准二级反应动力学模型；吸附等温线遵循 Freundlich模型；吸附热力学参数表明高度交联 AL-g-PAA对 Pb2+的吸附机制是自发进行的放热反应，具有物理吸附和化学吸附协同作用的特点，XPS谱图显示高度交联AL-g-PAA的羧基与Pb2+之间的存在络合作用；高度交联AL-g-PAA对氰氯草酯的缓释曲线遵循 Ritger-Peppas模型，其缓释机制是骨架溶蚀和Fick扩散协同作用，与高度交联AL-g-PAA的原理一致。XPS谱图表明了高度交联AL-g-PAA的羧基与Pb2+之间的存在络合作用。

目录

1绪论

1.2木质素

1.3多孔水凝胶的研究现状

1.4农药缓释

1.5重金属污染

1.6研究的意义、目的及内容

2木质素基-g-聚丙烯酸的制备及吸水性能

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

3木质素基-g-聚丙烯酸对农药的缓释性能研究

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4木质素基-g-聚丙烯酸对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附性能

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5高度交联碱木质素-g-聚丙烯酸的制备及性能

5.3结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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