功能化聚苯乙烯微球的制备及其处理造纸白水中DCS的研究

发布时间：2017-10-17 19:11

  本文关键词：功能化聚苯乙烯微球的制备及其处理造纸白水中DCS的研究

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【摘要】：随着造纸过程中高得率浆和废纸浆的大量使用以及造纸白水封闭循环程度的提高,纸机系统中积累大量的溶解与胶体物质(DCS)对造纸过程带来的危害愈发严重。本论文利用不同粒径和交联度的聚苯乙烯微球为载体,制备了一系列聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸功能化改性的具有不同表面结构和性质的聚苯乙烯(PS)微球,深入考察了其对造纸白水的处理效果,研究了微球结构对DCS处理的影响,并对相关吸附机理进行了探讨,实验结果对造纸白水回用技术具有重要的参考价值和实际应用前景。论文首先探讨了弱碱性树脂IRA-67和强碱性树脂IRA-900Cl对碱性过氧化氢机械浆(APMP)白水中DCS的处理效果和处理条件,为功能化聚苯乙烯微球的使用提供实验依据和参考。当IRA-67和IRA-900Cl的添加量为50.0 g/L时,水样的阳离子需求量分别下降40.3%和26.9%。延长处理时间,提高温度和搅拌速度,有利于DCS的去除。IRA-67和IRA-900Cl使用后可以经酸-碱溶液处理而再生,重复使用5次后,两者对DCS的处理能力分别下降了9%和12%。论文经傅克酰基化反应制备了氯乙酰基化聚苯乙烯微球,再以三硫代碳酸异丁酸酯为RAFT试剂,经可逆加成-断裂反应(RAFT反应),得到表面接枝聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(Poly-MAC)的聚苯乙烯微球。酰基化反应过程中,当投料比(PS/氯化铝/氯乙酰氯摩尔比)为1:1:1时,聚苯乙烯微球增重率为42.28%,活性氯含量为3.61mmol/g,当活性氯含量升高,负载的RAFT试剂增多。聚苯乙烯微球负载的RAFT试剂越多则表面接枝阳离子聚电解质越多。引发剂用量相同时,RAFT试剂越多,阳离子聚电解质的接枝量越少;RAFT试剂相同时,加入较少的引发剂会得到接枝量较高的改性树脂;阳离子单体使用量增加,接枝量随之提高。该阳离子微球对聚半乳糖醛酸(PGA)的等温吸附符合Langmuir-Freundlich吸附模型,对木素磺酸钠(Lignin-Na)的吸附同时符合Langmuir和Freundlich模型;对Lignin-Na的吸附速率大于PGA的吸附速率,吸附动力学研究表明,对PGA和Lignin-Na的吸附以颗粒内扩散作用为主。以烯丙酰基化PS微球为载体,DMF为溶剂,通过表面引发接枝聚合的方式制备了Poly-MAC表面改性的PS微球。当丙烯酰化聚苯乙烯微球与MAC质量比为1:20,MAC质量分数为30%,过硫酸铵用量为0.075%时,poly-MAC的接枝量为1.72 mmol/g。当阳离子化聚苯乙烯微球和IRA-900Cl用量为10 g/L时,白水阳离子需求量分别下降了58.28%和25.83%。提高白水温度和延长作用时间均有利于吸附树脂去除白水中的DCS,重复使用6次后,阳离子化聚苯乙烯微球和IRA-900Cl处理白水的能力只下降了6.62%和9.27%。烯丙酰基化程度提高,聚苯乙烯微球上poly-MAC的接枝量相应提高。当poly-MAC接枝量相同时,PS微球的比表面积和孔容越大,则表面接枝量相对越低。该阳离子化PS微球对PGA和Lignin-Na的吸附量和吸附速率都高于IRA-67树脂。对PGA和Lignin-Na的等温吸附过程符合Langmuir吸附模型,吸附动力学以准一级动力学为主。以烯丙酰基化聚苯乙烯微球为载体,分别制备了表面接枝聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的中性PS微球和阴离子PS微球,与阳离子改性PS微球相比,接枝聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的聚苯乙烯微球对于白水阳离子需求量、浊度、总溶解与胶体物质的去除效果较低,但是接枝聚丙烯酸的聚苯乙烯微球降低白水电导率有一定的效果。
【关键词】：白水 溶解与胶体物质 吸附树脂 聚苯乙烯微球
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X793;TQ424
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 造纸白水封闭循环系统中的DCS控制的现状与问题14-15
• 1.2 造纸过程中溶解与胶体物质的来源与危害15-17
• 1.2.1 造纸过程中溶解与胶体物质的来源15-17
• 1.2.2 造纸过程中溶解与胶体物质的危害17
• 1.3 溶解与胶体物质的检测与分析17-20
• 1.3.1 胶体滴定分析法17-18
• 1.3.2 电镜成像分析法18
• 1.3.3 聚焦光束反射分析法18-19
• 1.3.4 流式细胞仪法19-20
• 1.4 溶解与胶体物质的控制方法20-22
• 1.4.1 物理机械法20-21
• 1.4.2 生物法21
• 1.4.3 化学法21-22
• 1.5 吸附法处理造纸过程中溶解与胶体物质22-24
• 1.5.1 无机吸附剂处理DCS22
• 1.5.2 天然高分子吸附剂处理DCS22-23
• 1.5.3 有机合成高分子吸附剂处理DCS23-24
• 1.6 聚苯乙烯微球表面接枝聚合物的研究24-29
• 1.6.1 采用传统自由基聚合技术进行表面接枝聚合物25
• 1.6.2 采用ATRP聚合技术进行表面接枝聚合物25-27
• 1.6.3 采用RAFT聚合技术进行表面接枝聚合物27-29
• 1.7 研究目的和意义、内容、课题来源29-32
• 1.7.1 研究目的和意义29
• 1.7.2 研究内容29-30
• 1.7.3 技术路线30-31
• 1.7.4 课题来源31-32
• 第二章 碱性离子交换树脂处理DCS的研究32-43
• 2.1 引言32
• 2.2 实验部分32-35
• 2.2.1 实验原料32-33
• 2.2.2 实验仪器33
• 2.2.3 离子交换树脂的预处理和再生33-34
• 2.2.4 离子交换树脂处理APMP浆料白水的应用34-35
• 2.3 结果与讨论35-41
• 2.3.1 两种碱性树脂的理化参数35
• 2.3.2 树脂用量的影响35-36
• 2.3.3 处理时间的影响36-37
• 2.3.4 pH的影响37-38
• 2.3.5 温度的影响38-39
• 2.3.6 搅拌速度的影响39-40
• 2.3.7 树脂重复使用性的考察40-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第三章 氯乙酰基化聚苯乙烯微球表面接枝poly-MAC处理DCS模型物的研究43-65
• 3.1 引言43-44
• 3.2 实验部分44-51
• 3.2.1 实验原料44-45
• 3.2.2 实验仪器45-46
• 3.2.3 聚苯乙烯白球的预处理46
• 3.2.4 氯乙酰化聚苯乙烯微球的制备46
• 3.2.5 RAFT试剂的制备46
• 3.2.6 氯乙酰化聚苯乙烯微球负载RAFT试剂46
• 3.2.7 氯乙酰化聚苯乙烯微球表面接枝poly-MAC46-47
• 3.2.8 阳离子化聚苯乙烯的表征47-48
• 3.2.9 阳离子化聚苯乙烯微球吸附PGA的应用48-49
• 3.2.10 离子化聚苯乙烯微球吸附Lignin-Na的应用49-51
• 3.3 结果与讨论51-63
• 3.3.1 投料配比对酰基化反应的影响51
• 3.3.2 活性氯含量对负载RAFT试剂的影响51-52
• 3.3.3 PS/MAC质量比对接枝反应的影响52-53
• 3.3.4 引发剂与RAFT质量比对接枝反应的影响53-55
• 3.3.5 红外光谱分析55-56
• 3.3.6 固体核磁共振分析56-57
• 3.3.7 热重分析57-58
• 3.3.8 扫描电镜分析58-59
• 3.3.9 阳离子化聚苯乙烯微球对PGA和Lignin-Na的等温吸附研究59-61
• 3.3.10 离子化聚苯乙烯微球对PGA和Lignin-Na的吸附动力学研究61-63
• 3.4 本章小结63-65
• 第四章 烯丙酰基化聚苯乙烯微球表面接枝poly-MAC及其处理造纸白水中DCS的研究65-90
• 4.1 引言65
• 4.2 实验部分65-70
• 4.2.1 实验原料65-66
• 4.2.2 实验仪器66-67
• 4.2.3 聚苯乙烯白球的预处理67
• 4.2.4 烯丙酰化聚苯乙烯微球的制备67
• 4.2.5 聚苯乙烯微球表面接枝poly-MAC67
• 4.2.6 阳离子化聚苯乙烯微球的表征67-68
• 4.2.7 阳离子化聚苯乙烯微球处理造纸白水的应用68-70
• 4.3 结果与讨论70-88
• 4.3.1 烯丙酰基化聚苯乙烯微球的反应条件70-74
• 4.3.2 聚苯乙烯微球表面接枝poly-MAC反应74-77
• 4.3.3 阳离子化聚苯乙烯微球的红外光谱分析77-78
• 4.3.4 阳离子化聚苯乙烯微球的固体核磁共振分析78-79
• 4.3.5 阳离子化聚苯乙烯微球的热重分析79-81
• 4.3.6 阳离子化聚苯乙烯微球的扫描电镜分析81-82
• 4.3.7 阳离子化聚苯乙烯微球在处理造纸白水中的应用82-88
• 4.4 本章小结88-90
• 第五章 聚丙烯酰胺和聚丙烯酸接枝改性聚苯乙烯微球及其处理造纸白水的研究90-101
• 5.1 引言90-91
• 5.2 实验部分91-93
• 5.2.1 实验原料91-92
• 5.2.2 实验仪器92
• 5.2.3 丙烯酰化聚苯乙烯微球的制备92
• 5.2.4 聚丙烯酰胺接枝改性聚苯乙烯微球92
• 5.2.5 聚丙烯酸接枝改性聚苯乙烯微球92-93
• 5.2.6 改性聚苯乙烯微球的表征93
• 5.2.7 改性聚苯乙烯微球处理造纸白水的应用93
• 5.3 结果与讨论93-99
• 5.3.1 聚丙烯酰胺接枝改性聚苯乙烯微球正交实验93-95
• 5.3.2 聚丙烯酸接枝改性聚苯乙烯微球正交实验95-96
• 5.3.3 红外光谱分析96
• 5.3.4 固体核磁共振分析96-98
• 5.3.5 三种改性聚苯乙烯微球处理造纸白水的应用98-99
• 5.4 本章小结99-101
• 第六章 阳离子化聚苯乙烯微球吸附PGA和Lignin-Na的机理研究101-127
• 6.1 引言101
• 6.2 实验部分101-106
• 6.2.1 实验原料101-102
• 6.2.2 实验仪器102-103
• 6.2.3 不同粒径的阳离子化聚苯乙烯微球的制备103
• 6.2.4 阳离子化聚苯乙烯微球的表征103
• 6.2.5 阳离子化聚苯乙烯微球吸附聚半乳糖醛酸的应用103-105
• 6.2.6 阳离子化聚苯乙烯微球吸附木素磺酸钠的应用105-106
• 6.3 结果与讨论106-125
• 6.3.1 改性聚苯乙烯微球的粒径分析106-108
• 6.3.2 改性聚苯乙烯微球的元素分析108-109
• 6.3.3 聚苯乙烯微球的比表面积分析109-110
• 6.3.4 改性聚苯乙烯微球的扫描电镜分析110-112
• 6.3.5 PGA和Lignin-Na吸附等温曲线的建立112-115
• 6.3.6 PGA和Lignin-Na吸附动力学的研究115-118
• 6.3.7 温度对PGA和Lignin-Na吸附的影响118-120
• 6.3.8 金属盐浓度对PGA和Lignin-Na吸附的影响120-123
• 6.3.9 阳离子化聚苯乙烯微球对PGA和Lignin-Na的重复使用性能123-125
• 6.4 本章小结125-127
• 结论与展望127-131
• 全文结论127-129
• 创新之处129-130
• 展望130-131
• 参考文献131-142
• 攻读博士学位期间取得的研究成果142-144
• 致谢144-145
• 附件145

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1050544