羽毛蛋白基半互穿网络高吸水性树脂的制备及其性能研究

摘要

本文以鸡羽毛蛋白为大分子骨架原料，丙烯酸(AA)为单体，通过与聚乙烯醇(PVA)发生接枝共聚反应，合成了一种新型的羽毛蛋白基聚丙烯酸钾/聚乙烯醇半互穿网络的高吸水性树脂(CFP-g-PKA/PVAsemi-IPNsSAR)。红外光谱，扫描电镜和热重分析表明在聚合过程中羽毛蛋白，聚乙烯醇和聚丙烯酸钾发生了聚合反应。通过单因素实验考察了丙烯酸、聚乙烯醇、引发剂、交联剂、中和度、温度和时间对semi-IPNsSAR吸水和吸盐性能的影响。结果表明SAR的最佳合成条件为:m(CFP)∶m(AA)∶m(PVA)=1∶12∶2，引发剂含量为2wt％,交联剂含量为0.32wt％，丙烯酸中和度为75％，反应温度为50℃，反应时间为5h，SAR的最佳吸水率和吸盐率分别为714.22g/g和70.08g/g。
　　本文对CFP-g-PKA/PVAsemi-IPNsSAR在不同条件下的吸水性和保水性做了系统研究。结果表明在pH=6时，SAR的吸水率最佳。在相同浓度的盐溶液中，SAR的吸水率从大到小依次为:NaCl＞KCl＞MgCl2＞Na2SO4＞CaCl2＞AlCl3。SAR在自然条件下、加压条件下和在土壤中的保水性能测试表明，SAR的抗压效果较好，而且能有效的提高土壤的保水能力。CFP-g-PKA/PVAsemi-IPNsSAR优越的吸水和保水性能可以很好地促进其在农业和园艺领域的应用。
　　本文研究了CFP-g-PKA/PVASAR对氮和磷元素的吸附，并考察了pH，浓度，时间和离子强度对NH4+和PO43-吸附性能的影响。结果表明在pH值为4.0到9.0时，SAR对氮和磷元素的吸附量和吸附速率均较高。动力学研究表明SAR对氮和磷的吸附都符合伪二级吸附动力学模型，Freundlich吸附等温线模型能够很好地对吸附数据拟合，表明SAR对氮和磷的吸附是不均匀的多层吸附。吸附-解吸附实验表明SAR对氮和磷元素有很好的重复吸附能力。
　　为了考察CFP-g-PKA/PVAsemi-IPNsSAR对Pb2+，Ni2+和Cr6+金属离子的吸附性能，研究了不同pH值、浓度和时间下SAR对各金属离子吸附性能的影响。结果表明pH值为4.0到6.0时，SAR对各离子均有较高的吸附量和吸附速率。动力学研究表明SAR对各金属离子的吸附都符合伪二级吸附动力学模型，Freundlich吸附等温线模型能够很好地对吸附数据拟合，表明SAR对金属离子的吸附是不均匀的多层吸附。吸附-解吸附实验表明SAR对金属离子有很好的重复吸附能力。
　　本文通过土壤掩埋法和霉菌生长法对CFP-g-PKA/PVAsemi-IPNsSAR的降解实验，考察了SAR的生物降解性能。经过60天的土壤掩埋，SAR的降解率为20.6％。结果表明SAR生物降解性能良好，是环境友好型材料。