废弃沙棘枝条基高吸水性复合材料的制备及应用

发布时间：2017-06-30 18:25

  本文关键词：废弃沙棘枝条基高吸水性复合材料的制备及应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【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NaClCaCl2FeCl3,吸水能力随着盐溶液浓度的增加而降低。温度从25oC增加到80oC,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。
【关键词】：沙棘枝条 多巴胺 复合材料 吸水性 吸附
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ324.8;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 沙棘枝条的现状12-13
• 1.1.1 沙棘12
• 1.1.2 沙棘枝条的来源12-13
• 1.1.3 我国沙棘开发利用的现状13
• 1.2 高吸水性材料的分类及应用现状13-16
• 1.2.1 纤维素系高吸水性复合材料14
• 1.2.2 淀粉系高吸水性复合材料14
• 1.2.3 合成系高吸水性复合材料14-15
• 1.2.4 高吸水性材料的应用15-16
• 1.3 课题研究的意义和研究内容16-18
• 1.3.1 研究意义16-17
• 1.3.2 研究内容17-18
• 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18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 实验部分18-20
• 2.2.1 材料和仪器18-19
• 2.2.2 沙棘枝条粉/PAA超强吸水复合材料的制备19
• 2.2.3 沙棘枝条粉/PAA超强吸水复合材料的结构表征19
• 2.2.4 沙棘枝条粉/PAA超强吸水复合材料的性能测定19-20
• 2.2.5 响应面法试验设计20
• 2.3 结果及讨论20-32
• 2.3.1 HBP/PAA的合成机理20-21
• 2.3.2 FT-IR分析21-22
• 2.3.3 FE-SEM分析22-23
• 2.3.4 HBP/PAA的溶胀动力学23-25
• 2.3.5 HBP/PAA在不同价态金属阳离子盐溶液中的吸水性能25-26
• 2.3.6 HBP/PAA在不同温度下的保水性能26-27
• 2.3.7 HBP/PAA的反复吸液性能27
• 2.3.8 HBP/PAA复合材料吸水性响应面实验设计及结果27-28
• 2.3.9 回归模型的建立28-30
• 2.3.10 引发剂和交联剂的交互作用对吸水倍率的影响30-31
• 2.3.11 中和度和交联剂的交互作用对吸水倍率的影响31-32
• 2.3.12 影响因素的响应面优化结果及模型的验证32
• 2.4 结论32-33
• 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33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 材料和仪器33-34
• 3.2.2 PD-HBP/PAA高吸水性复合材料的制备及表征34
• 3.2.3 PD-HBP/PAA高吸水性复合材料的表征34
• 3.2.4 PD-HBP/PAA接枝率的测定34
• 3.2.5 PD-HBP/PAA的性能测定34-35
• 3.3 结果与讨论35-40
• 3.3.1 PD-HBP/PAA的合成机理35-36
• 3.3.2 FT-IR分析36-37
• 3.3.3 FE-SEM分析37-38
• 3.3.4 PD-HBP/PAA的吸液速率38-39
• 3.3.5 PD-HBP/PAA在不同价态金属阳离子盐溶液中的吸水性能39-40
• 3.3.6 PD-HBP/PAA的反复吸液性能40
• 3.4 结论40-42
• 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42-53
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验部分43-44
• 4.2.1 材料和仪器43
• 4.2.2 吸附性能的测定43-44
• 4.3 结果与讨论44-52
• 4.3.1 溶液pH对吸附的影响44-45
• 4.3.2 吸附时间对吸附的影响45-46
• 4.3.3 吸附动力学46-48
• 4.3.4 初始浓度对吸附的影响48-49
• 4.3.5 吸附等温线49-51
• 4.3.6 温度对吸附的影响51
• 4.3.7 吸附热力学51-52
• 4.4 结论52-53
• 结论与建议53-55
• 结论53-54
• 建议54-55
• 参考文献55-61
• 攻读学位期间取得的研究成果61-62
• 致谢62

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本文编号：503005