有机/无机复合功能性高吸水树脂的制备及其在农林业中的应用

摘要

高吸水树脂(SAR)是一类新型功能高分子材料，在各领域中有广泛的应用。目前市场上的合成系高吸水树脂多存在吸液倍率低、生产成本高且对环境易产生污染等问题，制备绿色环保、价格低廉的复合高吸水树脂得到了广泛的关注。有机/无机复合高吸水树脂由于无机成分的加入，能够和有机单体性能上互补，得到综合性能优良的高吸水树脂，是目前高吸水树脂领域研究热点。
　　本文以有机蒙脱土（OMMT）、纳米二氧化钛为无机材料，以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体、环己烷为油相、N,N'－亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂、过硫酸钾（KPS）为引发剂、司班80（Span80）为分散剂，在氮气保护下采用反相悬浮聚合法制备有机/无机复合高吸水树脂。主要研究内容如下。
　　（1）以有机蒙脱土为无机原料，采用反相悬浮聚合法制备OMMT/AA/AM/AMPS有机/无机复合高吸水树脂。通过红外光谱（FTIR）对其结构进行鉴定，发现OMMT已经插层进入树脂内部，利用扫描电镜（SEM）进一步证实OMMT已经插层成功。该复合树脂吸水/盐水倍率分别为：852g/g、108g/g。在土壤中对金属离子的吸附能力大小为 Cd2+>Cu2+>Pb2+，土壤降解率为30.3％，是一种环境友好型复合材料。
　　（2）以纳米二氧化钛为无机原料，采用反相悬浮聚合法制备纳米二氧化钛/AA/AM/AMPS有机/无机复合高吸水树脂。在机械搅拌下将纳米二氧化钛加入高吸水树脂中，通过扫描电镜（SEM）观察高吸水树脂，发现纳米二氧化钛分散在高吸水树脂的表面。复合高吸水树脂有较高的吸液率和对重金属的吸附能力，在紫外条件下降解率高达79.2%，远高于不含纳米二氧化钛高吸水树脂。
　　（3）以有机蒙脱土/纳米二氧化钛为无机原料，采用反相悬浮聚合法制备纳米二氧化钛/有机蒙脱土/AA/AM/AMPS有机/无机复合高吸水树脂。运用正交法，考察了多种因素对有机蒙脱土/纳米二氧化钛复合高吸水树脂吸液性和光降解性的影响。正交实验表明最佳合成工艺为：OMMT、引发剂用量、纳米二氧化钛含量、交联剂用量分别占总单体质量的10%、0.7%、6.5%、0.105%；中和度为70%；反应温度为75℃。在此条件下合成的复合高吸水树脂的吸水倍率和吸盐水倍率分别为1692.3g/g、154.3g/g，光降解率为83.9%，土壤降解率为32.3%，对土壤中的重金属离子的吸附Cu2+>Cd2+>Pb2+。该OMMT/纳米二氧化钛/AA/AM/AMPS有机/无机复合高吸水树脂既有高吸液倍率、也有良好的降解能力，在农林业中具有良好的应用前景。

目录

第1章 文献综述

1.1 前言

1.2 高吸水树脂的分类

1.3 有机/无机复合高吸水树脂的特点

1.4 有机/无机复合高吸水树脂合成方法

1.5 有机/无机复合高吸水树脂在不同领域中的应用

1.6 目的和意义

1.7 研究内容

1.8 论文的创新点

第2章 实验部分

2.1 实验药品

2.2 实验主要仪器和设备

2.3 复合高吸水树脂的合成

2.4 复合高吸水树脂的性能表征和测试

第3章 OMMT复合高吸水树脂的制备及性能研究

3.1 蒙脱土的选择

3.2 OMMT复合高吸水树脂的制备

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 纳米二氧化钛复合高吸水树脂的制备及性能研究

4.1 纳米二氧化钛的选择

4.2 纳米二氧化钛复合高吸水树脂的合成

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 OMMT/纳米二氧化钛复合高吸水树脂的制备及性能研究

5.1 OMMT/纳米二氧化钛复合高吸水树脂的合成

5.2 结果与讨论

5.3 合成条件对产品吸液性能的影响

5.4 合成条件的优化

5.5 保水率的测定

5.6 OMMT/纳米二氧化钛复合高吸水树脂吸附性能

5.7 OMMT/纳米二氧化钛复合高吸水树脂降解性能

5.8本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢