基于改性沸石的复合高吸水性聚合物的制备及其性能研究

摘要

高吸水性聚合物是一类具有超强吸水和保水能力的特殊功能高分子材料。该材料在诸多领域得到了应用。但是，传统高吸水性聚合物因存在生产成本高、耐盐性差和难生物降解等缺陷，使其在农业领域的应用受到很大限制。
　　本研究主要针对天津滨海新区缺水、土壤含盐量大和保水性差的现状，以有机/无机高吸水性聚合物为研究对象，以降低生产成本、提高耐盐性和保水性为目的，分别以有机改性4A沸石和有机改性丝光沸石为无机相，淀粉接枝丙烯酸为有机相，采用原位聚合的方法，研制得到淀粉接枝丙烯酸/有机改性4A沸石和淀粉接枝丙烯酸/有机改性丝光沸石两种新型复合高吸水性聚合物。
　　十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为阳离子表面活性剂能有效地对沸石进行有机改性，使得沸石在聚合过程中的分散性能得以改善。采用水溶液法制备的淀粉接枝丙烯酸/有机改性4A沸石，其吸水倍率为510g/g，吸0.9％NaCl溶液的倍率为45g/g。采用反相悬浮制备的淀粉接枝丙烯酸/有机改性丝光沸石，其吸水倍率为650g/g，吸0.9％NaCl溶液的倍率为75g/g。对样品的XRD、FTIR、SEM表征结果进行分析，证实表面有机改性有效地提高了沸石的分散性能;样品表面分布着大量孔洞和粗糙的褶皱。TG结果表明添加了有机改性沸石后，淀粉接枝丙烯酸/有机改性4A沸石的热稳定性明显提高，而淀粉接枝丙烯酸/有机改性丝光沸石的稳定性略有下降。在聚合反应中，有机改性4A沸石和有机改性丝光沸石作为交联剂对交联网络的形成起到辅助作用，并存在于高分子网络结构上。
　　两种复合高吸水性聚合物在不同盐溶液中呈现良好的耐盐性能，重复使用性能和保水性能。在蒸馏水-0.1mol/L氯化钠溶液中都表现出可逆地溶胀和消溶胀行为。采用电导率法初步探讨了两种新型复合高吸水性聚合物在0.1％NaCl溶液中的吸液机理，研究表明溶胀介质中的氯化钠向凝胶中的扩散存在一定的滞后效应。将两种新型复合高吸水性聚合物与农用保水剂进行对比，两种复合材料的吸蒸馏水能力和吸0.9％NaCl溶液能力均高于农用保水剂，具有较好的开发前景。将两种新型复合高吸水性聚合物施用于盐碱土中，发现其在土壤保水、缓解土壤盐渍化和调节pH方面具有一定的效果。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 高吸水性聚合物的发展及应用现状

1．1．1 传统高吸水性聚合物国内外发展概况

1．1．2 有机／无机复合高吸水性聚合物研究现状

1．2 沸石在农业领域的研究现状

1．2．1 提高土壤的保水能力

1．2．2 改良土壤养分状况

1．2．3 改良盐碱地

1．2．4 改良土壤物理性状

1．2．5 4A沸石和丝光沸石概况

1．3 有机／无机复合高吸水聚合物的合成进展

1．3．1 自由基聚合机理

1．3．2 淀粉接枝丙烯酸系高吸水性聚合物聚合机理

1．3．3 有机／无机复合高吸水性聚合物的制备方法

1．4 有机／无机复合高吸水性聚合物的性能研究进展

1．4．1 吸液性能

1．4．2 溶胀速率

1．4．3 保水性能

1．4．4 重复使用性能

1．4．5 耐盐性能

1．4．6 热稳定性

1．5 有机／无机复合高吸水性聚合物的结构和吸液机理

1．5．1 有机／无机复合高吸水性聚合物的结构

1．5．2 复合高吸水性聚合物的吸水机理

1．6 研究的意义、主要内容及创新点

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究的主要内容

1．6．3 创新点

第二章 有机改性沸石的制备及结构表征

2．1 实验部分

2．1．1 原料与试剂

2．1．2 实验仪器

2．1．3 沸石的活化

2．1．4 沸石的有机改性方法

2．1．5 十六烷基三甲基溴化铵改性效果表征

2．1．6 结构表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 有机改性4A沸石的制备及其性能表征

2．2．2 有机改性丝光沸石的制备及其性能表征

2．2．3 两种沸石改性机理

2．3 小结

第三章 水溶液法制备淀粉接枝丙烯酸／有机改性4A沸石复合高吸水性聚合物

3．1 实验部分

3．1．1 原料与试剂

3．1．2 实验仪器

3．1．3 淀粉接枝丙烯酸／有机改性4A沸石复合材料的制备

3．1．4 结构表征与性能评价

3．2 结果与讨论

3．2．1 合成条件对淀粉接枝丙烯酸／有机改性4A沸石复合高吸水性聚合物吸水性能的影响

3．2．2 淀粉接枝丙烯酸／有机改性4A沸石复合高吸水性聚合物结构表征

3．2．3 淀粉接枝丙烯酸／有机改性4A沸石复合高吸水性聚合物的聚合机理

3．3 小结

第四章 反相悬浮法制备淀粉接枝丙烯酸／有机改性丝光沸石高吸水性微球

4．1 实验部分

4．1．1 原料与试剂

4．1．2 实验仪器

4．1．3 淀粉接枝丙烯酸／有机改性丝光沸石微球的制备

4．1．4 结构表征与性能表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 合成条件对淀粉接枝丙烯酸／有机改性丝光沸石微球吸水性能的影响

4．2．2 淀粉接枝丙烯酸／有机改性丝光沸石复合高吸水性微球结构表征

4．2．3 淀粉接枝丙烯酸／有机改性丝光沸石高吸水性聚合物微球的聚合机理

4．2．4 两种新型复合高吸水性聚合物的成本估算

4．3 小结

第五章 新型有机／无机复合高吸水性聚合物的性能研究

5．1 实验部分

5．1．1 实验材料

5．1．2 吸水性能的测定

5．1．3 保水性能的测定

5．2 结果与讨论

5．2．1 吸水性能研究

5．2．2 保水性能研究

5．2．3 复合高吸水性聚合物在尿素溶液中的吸液性能和缓慢释放性能研究

5．3 小结

第六章 新型有机／无机复合高吸水性聚合物吸液动力学研究

6．1 实验部分

6．1．1 原料与试剂

6．1．2 实验仪器

6．1．3 实验方法

6．2 结果与讨论

6．2．1 淀粉接枝丙烯酸／有机改性4A沸石复合高吸水性聚合物吸液过程动力学研究

6．2．2 淀粉接枝丙烯酸／有机改性丝光沸石复合高吸水性微球吸水动力学研究

6．3 小结

第七章 电导率法探讨有机／无机复合高吸水性聚合物在0．1 ％氯化钠溶液中的吸液机理

7．1 电导率跟踪高吸水性聚合物在盐溶液中溶胀行为的原理

7．1．1 电导率跟踪高吸水性聚合物在盐溶液中溶胀行为的理论分析

7．1．2 电导率测试溶液浓度的原理

7．1．3 电导法测定高吸水性聚合物溶胀动力学的理论基础

7．2 实验部分

7．2．1 原料和仪器

7．2．2 高吸水性聚合物溶胀动力学的测定

7．3 结果与讨论

7．3．1 溶胀过程中进入复合材料内部氯化钠的量(Δn)的测定

7．3．2 电导率法测定高吸水性聚合物在0．1 ％ NaCl溶液中的溶胀动力学的可行性

7．3．3 电导率法与茶包法测定有机／无机高吸水性聚合物在NaCl溶液中的溶胀动力学的结果比较

7．3．4 溶胀过程中存在的盐分滞后现象分析

7．3．5 两种新型有机／无机高吸水性聚合物在NaCl溶液中的溶胀机理

7．4 小结

第八章 新型有机／无机复合高吸水性聚合物的应用基础研究

8．1 实验部分

8．1．1 盐碱化土壤概况

8．1．2 实验用高吸水性聚合物概况

8．1．3 实验装置

8．1．4 实验方法

8．1．5 土壤中相对含水量的测定

8．1．6 土壤pH的测定

8．1．7 土壤EC的测定

8．2 结果与讨论

8．2．1 材料用量对土壤相对含水量的影响

8．2．2 材料重复使用对土壤相对含水量的影晌

8．2．3 材料用量对土壤pH值的影响

8．2．4 材料用量对土壤EC值的影响

8．3 小结

第九章 结论

9．1 结论

9．2 创新点

9．3 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢