棉浆纳米纤维素共混膜的制备及性能研究

发布时间：2017-09-28 09:24

  本文关键词：棉浆纳米纤维素共混膜的制备及性能研究

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【摘要】：随着现代化工业的迅速发展,工农业用水需求量激增,水资源浪费以及污染问题日趋严重,人类正面临着越来越严重的供水危机。膜分离技术是应用于水处理的高新技术,正受到世界各国的广泛关注并在新世纪得到了飞速发展。膜分离技术的主要优点是分离过程简单易操作,无污染,分离效率高,处理规模大,可以对废水进行回收循环再利用。纤维素是地球上含量最丰富的可再生资源,具有高纯度、高分子量、高结晶度、可降解性等优点,在各个领域的应用越来越广泛,在膜材料制备中为首选。随着膜科学与技术应用领域的发展,对膜材料的性能提出了更高的要求,因而单一高分子材料已不能满足膜制备的要求,因此对膜材料进行改性以获得不同性能的膜就显得十分重要。为了扩大纤维素在水处理技术方面的应用,并结合纳米材料的尺寸效应,本论文研究了纳米纤维素的制备及其改性方法,将改性后纳米纤维素与聚合物共混制备共混膜,并研究了共混膜的性能。首先,通过硫酸水解和超声分散的方法从棉浆粕中提取并制备了尺寸较小的纳米纤维素,通过正交实验研究硫酸浓度,酸浆比,反应时间,反应温度等因素对粒径的影响,确定了硫酸法制备棉浆纳米纤维素的较佳工艺条件为:硫酸浓度62%,酸浆比30:1,反应时间4h,反应温度60℃,纳米纤维素的最小尺寸能够达到198nm。其次,研究了乙酰化改性纳米纤维素的方法,以纳米纤维素为原料,乙酸酐为酰化剂,冰乙酸为分散介质,浓硫酸为催化剂,通过单因素实验控制其反应时间、反应温度、原料比例和催化剂用量,确定了纳米纤维素的最佳改性条件为:乙酸酐和纳米纤维素葡萄糖苷的摩尔比是2.85:1,反应温度80℃,反应时间2h,平均尺寸在200nm-300nm。最后,将乙酰化改性的纳米纤维素与纯丙乳液共混,以丙酮为溶剂,纳米二氧化钛为添加剂,凝固浴为水,采用浸没沉淀相转化法制备了乙酰化纳米纤维素/纯丙乳液共混膜。通过对共混膜的机械性能、水通量、脱盐率的研究,确定了共混膜的最佳制膜条件为:纯丙乳液聚合物含量3%(以总量为基准),乙酰化纳米纤维素含量10%,添加剂的含量0.3%,乙酰化纳米纤维素/纯丙乳液共混膜的抗张强度可以达到35.8MPa,水通量达到51L/(m2.h),脱盐率达到92.4%,研究发现经过乙酰化改性的纳米纤维素在溶剂中的分散性较未改性之前有明显提高,并且共混膜的抗张强度,脱盐率随着纯丙乳液聚合物含量的增加而不断增大。
【关键词】：纳米纤维素 改性 共混膜 性能
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 符号说明10-11
• 1 前言11-29
• 1.1 纤维素11-17
• 1.1.1 纤维素概述11-12
• 1.1.2 纤维素的改性12-16
• 1.1.3 纤维素改性的应用16-17
• 1.2 纳米纤维素17-22
• 1.2.1 纳米纤维素的概述17
• 1.2.2 纳米纤维素的制备及性能17-20
• 1.2.3 纳米纤维素的改性20-21
• 1.2.4 纳米纤维素的应用21-22
• 1.3 膜分离技术22-27
• 1.3.1 膜分离技术22
• 1.3.2 膜材料22-26
• 1.3.3 膜分离技术的应用及发展趋势26-27
• 1.4 本论文研究意义及内容27-29
• 1.4.1 本论文的研究背景及意义27-28
• 1.4.2 本论文的研究内容28
• 1.4.3 课题来源28-29
• 2 棉浆纳米纤维素的制备29-41
• 2.1 引言29
• 2.2 实验原料和实验仪器29-30
• 2.2.1 实验原料29-30
• 2.2.2 实验仪器30
• 2.3 实验方法30-31
• 2.3.1 纳米纤维素的制备30-31
• 2.3.2 纳米纤维素粒径的测定31
• 2.4 实验结果与讨论31-38
• 2.4.1 硫酸浓度对纳米纤维素粒径的影响31-32
• 2.4.2 球磨对纳米纤维素粒径的影响32-33
• 2.4.3 酸浆比对纳米纤维素粒径的影响33-34
• 2.4.4 反应时间对纳米纤维素粒径的影响34-35
• 2.4.5 反应温度对纳米纤维素粒径的影响35
• 2.4.6 正交实验35-37
• 2.4.7 较优工艺条件下粒径的测定37-38
• 2.5 纳米纤维素的表征38-40
• 2.5.1 红外光谱分析38-39
• 2.5.2 X射线衍射分析39-40
• 2.5.3 扫描电镜分析40
• 2.6 本章小结40-41
• 3 纳米纤维素乙酰化改性41-53
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验原料和实验仪器42-43
• 3.2.1 实验原料42
• 3.2.2 实验仪器42-43
• 3.3 实验方法43-44
• 3.3.1 纳米纤维素的预处理及乙酰化改性43
• 3.3.2 取代度的测定43-44
• 3.4 实验结果与讨论44-48
• 3.4.1 反应温度对产物取代度的影响44-45
• 3.4.2 反应时间对产物取代度的影响45-46
• 3.4.3 乙酸酐用量对产物取代度的影响46-47
• 3.4.4 催化剂用量对产物取代度的影响47-48
• 3.5 纳米纤维乙酰化产物的表征48-50
• 3.5.1 红外光谱分析48-49
• 3.5.2 X射线衍射分析49-50
• 3.5.3 粒径分析50
• 3.6 本章小结50-53
• 4 纳米纤维素改性共混膜的制备及膜性能的研究53-71
• 4.1 引言53-54
• 4.2 实验原料及仪器54-55
• 4.2.1 实验原料54
• 4.2.2 实验仪器54-55
• 4.3 实验方法55-57
• 4.3.1 共混膜的制备55-56
• 4.3.2 粒径分析56
• 4.3.3 粘度的测定56-57
• 4.3.4 水通量的测定57
• 4.3.5 抗张强度的测定57
• 4.3.6 脱盐率的测定57
• 4.4 结果与讨论57-67
• 4.4.1 纯丙乳液的粒径分析58
• 4.4.2 乙酰化纳米纤维素含量对成膜性能的影响58-61
• 4.4.3 纯丙乳液聚合物含量对成膜性能的影响61-64
• 4.4.4 添加剂对成膜性能的影响64-67
• 4.5 共混膜的表征67-70
• 4.5.1 相差显微镜分析67-68
• 4.5.2 膜的形貌结构分析68-69
• 4.5.3 X射线衍射分析69-70
• 4.6 本章小结70-71
• 5 结论与展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 本实验创新之处72
• 5.3 展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间发表的学术论文79-80

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本文编号：935051