麦秸制备耐盐型农用高吸水性树脂及其性能研究

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利用小麦秸秆中的纤维素,采用复合引发剂体系——过硫酸钾/亚硫酸钠、硝酸铈铵,引入两种单体——丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)进行接枝共聚,并采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)轻度交联,制备出缓释肥基质用途的高吸水性树脂,能有效提高化肥利用率,并在树脂的复合化、耐盐性、降解性、低成本等方面作出探索。 研究了小麦秸秆的预处理方式对自身成分、表面形态、结晶度的影响及对其制备树脂性能的影响;通过一系列均匀实验、正交优化实验探讨了合成条件中诸多因素对树脂接枝效率、吸液倍率的影响,并得出了最佳反应条件;对最佳条件下制备的树脂进行了性能研究;利用红外光谱、X-射线衍射、晶相显微镜、扫描电镜、示差扫描量热仪对预处理前后的麦秸及树脂的结构、形态、热性能进行了表征。结果表明: (1)各预处理方式对粉碎后小麦秸秆的成分有不同影响:碱蒸煮处理效果最好,能有效除去木质素、半纤维素;条件为w(NaOH)=14%的水溶液、150℃、0.6Mpa、保温时间30min;w(NH3H2O)=10%的氨水室温24h浸泡处理效果其次;w(NaOH)=10%的水溶液室温浸泡处理效果较差;1mol/L硝酸在100℃下降解1.5h只能去除大量的半纤维素、部分纤维素。通过红外光谱、X-衍射、晶相显微镜进一步证实了各预处理方式对麦秸纤维素的纯化活化效果。 (2)麦秸单一预处理制备出的树脂吸水倍率不够理想;将碱蒸煮、氨水室温浸泡、碱液室温浸泡分别结合硝酸降解后,所得树脂吸水倍率有所提高;并探索出各预处理方式与酸降解结合的最佳降解(1mol/L、100℃)时间,分别为30min、45min、45min;吸水倍率分别为282倍、195倍、151倍。 (3)高吸水性树脂合成的最佳条件:中和剂为NaHCO3,单体与小麦秸秆质量比为8;交联剂MBA用量为单体质量的0.60%;AA中和度为75%;引发剂中KSB为单体质量的0.80%;反应时间4h;反应温度45℃;单体浓度1.3mol/L;m(AA)∶m(AM)=1∶1;m(CAN)∶m(KSB)=1∶5;引发剂分散时间15min;烘干温度50℃。 (4)在最佳条件下制备的树脂其吸水倍率达428倍,吸收w(复混肥)=0.1%水溶液124倍,吸收同等浓度的化肥溶液,倍率大小依次为:尿素>氯化钾>过磷酸钙,在pH=5-10环境中能更好地保持吸水性能;吸水速度快,前10min能达到饱和量的91%,其动力学类型结果为CaseⅠ类型,高分子链在水中伸展迅速。树脂保水性能好,抑蒸效果明显;重复利用性能突出,使用7次后恢复率达89%;稳定性好,不易霉变;丙烯酸残留量低于500ppm,仅有210ppm,符合农用SAR的安全要求。 (5)树脂的接枝效率为49.5%,单体转化率为94%,通过红外光谱确定了其麦秸接枝AA/AM结构的生成;DSC分析表明,树脂有良好的耐热性,玻璃化温度在108.43℃;通过扫描电镜观察到树脂表面有大量的“岛屿”状物;端面可观察到许多细孔、蜂窝结构,具备高聚物吸水的微观结构。
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