废弃沙棘枝条基高吸水性复合材料的制备及应用

摘要

沙棘枝条，作为沙棘副产品，具有来源广泛、价格低廉、可生物降解等诸多优点，然而大量废弃的沙棘枝条并未得到有效利用，被视为农业废弃物。这些废弃物或被焚烧造成环境污染，或自然腐烂造成资源浪费。为了实现沙棘枝条的有效资源化，本课题以沙棘枝条粉为原材料，与传统高吸水性树脂相结合，致力于制备一种成本较低、环境友好型的高吸水性复合材料，有效解决合成高吸水性树脂生产成本高、耐盐性差、降解困难等缺点；在此基础上，为简化纤维材料预处理过程，特引入多巴胺这一联接剂，得到新型超强复合吸水材料。将所制备的吸水材料应用于染料废水处理领域，并考察了该复合材料的吸附性能。具体研究内容如下：
　　(1)沙棘枝条粉/PAA超强吸水复合材料的制备及其性能研究
　　以废弃沙棘枝条粉(HBP)为基体和丙烯酸(AA)为单体，过硫酸钾(K2S2O8)为引发剂， N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，采用自由基溶液聚合法制备HBP/PAA（聚丙烯酸）超强吸水复合材料。红外光谱和场发射电子扫描电镜测试表明所制备的HBP/PAA是聚丙烯酸与沙棘枝条粉的表面交联型复合材料。沙棘枝条粉在复合材料中呈弥散状分散，起到骨架支撑作用。该超强吸水复合材料在去离子水和0.9 wt％NaCl溶液的吸水倍率分别可达190.0 g/g和40.0 g/g，平衡时间分别为16 min和10 min；其在蒸馏水中的溶胀动力学符合为二级动力学模型。在不同价态金属离子水溶液中的吸水能力是NaCl>CaCl2>FeCl3，吸水能力随着盐溶液浓度的增加而降低。温度从25℃增加到80℃，保水性有降低的趋势。反复吸放液性能测试表明循环5次后，去离子水吸收率和0.9 wt%NaCl溶液的吸水倍率分别保持了最大吸液倍率的91.8%和86.7%。
　　(2)多巴胺-沙棘枝条粉接枝聚丙烯酸超强吸水复合材料的制备及其性能研究
　　为降低高吸水性材料的生产成本、缓解其带来的环境负担，多巴胺包覆的沙棘枝条粉和丙烯酸经接枝共聚反应，合成一种环境友好型超强吸水复合材料(PD-HBP/PAA)。采用红外光谱(FTIR)和场发射电子扫描电镜(FE-SEM)表征产物的结构。考察了盐溶液浓度、离子类型及反复使用次数对该复合材料吸水性能的影响。结果表明，PD-HBP/PAA对盐浓度、离子类型和吸水次数具有较高的敏感性；根据以上分析可知，该复合材料具有良好的吸水、保水能力和重复使用性能，且经济高效、绿色环保，在农业或工业领域具有广阔的应用前景。这中方法也可以扩展到合成具有类似的结构的其他自然生物资源-有机复合材料。
　　(3)HBP/PAA强吸水复合材料其对藏红T的动力学、平衡、热力学吸附研究
　　系统地研究了藏红T（ST）在HBP/PAA复合材料表面的吸附过程，考察了溶液的pH值、接触时间、染料初始浓度和温度等条件对HBP/PAA吸附性能的影响。研究结果表明，298.15K时HBP/PAA的吸附量可达56.0 mg/g。此外，动力学数据表明准二级动力学吸附模型可准确描述其吸附行为，吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型，热力学分析证明HBP/PAA吸附藏红 T属于吸热的物理吸附过程。基于以上分析可知，HBP/PAA具有较好的吸附性能、循环利用性能，使其在污水处理领域具有广泛的应用前景。

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第一章绪论

1.1 沙棘枝条的现状

1.2高吸水性材料的分类及应用现状

1.3 课题研究的意义和研究内容

第二章沙棘枝条粉/PAA超强吸水复合材料的制备及性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果及讨论

2.4结论

第三章多巴胺-沙棘枝条粉/聚丙烯酸复合材料的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3结果与讨论

3.4结论

第四章HBP/PAA高吸水性复合材料在染料废水处理方面的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

结论与建议

结论

建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢