腐植酸复合高吸水性树脂.pdf

第29卷第4期
应用化学
2012年4月
CHINESE JOURNAL OF APPLIED CHEMISTRY
Apr.2012
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研究论文
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辉光放电电解等离子体引副发合成
聚丙烯酸钠/腐植酸复合高吸水性树脂
任杰陶丽红高锦章李岩刘宏伟李亚萍
(西北师范大学化学化工学院兰州730070
摘要以丙烯酸和腐植酸为原料,N,Ⅳ-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,在水溶液中采用辉光放电电解等离子
体引发聚合反应制备聚丙烯酸钠/腐植酸复合高吸水性树脂。考察了放电电压、交联剂、丙烯酸中和度、后聚
合温度、腐植酸钠和丙烯酸的含量对树脂吸水率的影响,讨论了树脂在0.9%氯化钠溶液中的溶胀速率和不
同pH值溶液中的溶胀行为。用红外光谱和热重分析分别对产物进行了结构表征和稳定性测试,结果表明,最
佳的合成条件为:放电电压470V、交联剂质量分数为0.6%、腐植酸钠质量分数为4%、丙烯酸质量分数为
10%、中和度60%、后聚合温度70℃。所得复合树脂对蒸馏水的吸水率为1152g/g,对0.9%Na溶液的吸水
率为89g/g,800℃后复合树脂残留率为44.3%。
关键词辉光放电电解等离子体,腐植酸,丙烯酸,复合吸水树脂
中图分类号:0646.9
文献标识码:A
文章编号:1000-0518(2012)04-0376-07
DOI:10.3724/SP.J.1095.2012.00224
辉光放电电解等离子体在溶液中能产生高能活性粒子,容易引发高分子聚合反应,具有操作简单、
不使用化学引发剂、且无二次污染等特点,目前,已将其应用于废水处理、染料处理'?、合成高分子材
料叫和化学合成?等领域。
本研究采用辉光放电电解等离子体引发合成聚丙烯酸钠和腐植酸复合高吸水树脂。腐植酸是一种
天然的、组成复杂的高分子羟基芳香羧酸混合物,含有羧基、羟基和羰基等官能团,因此可作为合成高吸
水树脂的原料?。腐植酸吸水性树脂与一般聚丙烯酸吸水性树脂相比,除具有高吸水性能外,还具有良
好的耐热、耐盐能力,有望用于园林绿化、土壤保水和废水处理等领域。
辉光放电电解等离子体是一种非平衡等离子体,辉光在液面下产生, Sengupta等发现1mol电子
辉光放电电解能产生12 mol OH·自由基。溶液中产生的活性物质如H?OH·和H12O2能引发许多非常规
的化学反应。因此,辉光放电电解等离子体可被视为溶液化学中自由基的丰富泉源,是一种新型的、很
有前途的引发制备高分子材料的技术。目前,已有采用腐植酸作为原料合成复合树脂的报道,但考虑
环境温度等因素对吸水率影响的报道却较少?。本文详细研究了影响吸水性能的因素。
1实验部分
1.1试剂和仪器
丙烯酸(AA),使用前减压蒸馏,Ⅳ,M-亚甲基双丙烯酰胺(MBA),氢氧化钠和甲醇,以上试剂均为分
析纯。腐植酸(HA),化学纯,称取40g加人0.1moL/ L Naoa水溶液中,低速搅拌2h,然后沉降,过滤,
即得到腐植酸钠(SHI)溶液,备用
实验装置与文献[]相同(图1),LW100J1直流稳压稳流电源,电压范围为0~1000V,电流范围为
0~1A;ML-902型定时恒温磁力搅拌器;FTS23000型傅里叶变换红外光谱仪(美国 DGILAB公司),
2011-05-23收稿,20107-11修回
国家自然科学基金(20873101)、甘肃省自然科学基金(1010RJZA015,096RU2A120)资助项
通讯联系人:任杰,副教授;Tel/Fax:0931-7971989;E-mail: jieren@nwm.edu.cm;研究方向:等离子体化学与非线性化学
第4期
任杰等:辉光放电电解等离子体引发合成聚丙烯酸钠/腐植酸复合高吸水性树脂
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KBr压片;TG/DTA6300型热重-差热分析仪(美国
PE公司),温度范围为20~800℃,升温速度为
10"℃/min,N2气流速为50ml./min
water
1.2PAA/HA树脂的合成
在三颈烧瓶中依次加人丙烯酸和1
Colling water
Nitrogen port→
NaOH溶液,搅拌20min,使丙烯酸部分中和(50%
Cathode
70%)后,再加入一定质量分数的腐植酸钠溶液
Themometer
和MBA(占丙烯酸和腐植酸钠质量总和的质量分
数),继续搅拌40min后转入油浴锅中,进行辉光放
电4min左右后,在50~90℃下继续聚合3h。冷却
Stirring bar
至室温,取出产物,剪碎,用蒸馏水反复冲洗浸泡,再
图1实验装置
用甲醇脱水,最后于80℃干燥至恒重,研磨,即得到Fig.1 Schematic drawing of the experimental setup
PAA/HA树脂。
1.3吸水率的测定
称取0.1gPAA/HA置于蒸馏水或盐溶液中,使之充分溶胀,通过孔径为0.120mm筛网滤去多余
的水或盐溶液,由凝胶质量m(g)按下式计算吸水率:
吸水率Q
0.1
1.4不同pH值水溶液中吸水率的测定
用NaOH和HCL分别配制O.1mlL稀碱和稀酸溶液,加蒸馏水稀释至一定pH值,并用pH计精
确测定其pH值。吸水率的测量方法和计算式同上。
2结果与讨论
2.1红外光谱表征
图2为HA和PAA/HA的红外光谱图。在HA的谱图中,3406cm'处为腐植酸的一OH伸缩振动
宽峰,1597cm'处为芳香族C-0的特征峰,1385cm'处为-COOH的不对称伸缩振动吸收峰。在
PA的谱图中,3445cm'处为聚丙烯酸的—一OH伸缩振动峰,1645cm'处为-C0的特征吸收峰。
在 PAA/HA复合树脂的谱图中,2938cm'处为亚甲基的键价振动峰,1697cm'处为-C=0伸缩振动
吸收峰,154cm'处为芳香族特征峰发生位移。以上结果表明,复合树脂中丙烯酸与腐植酸发生了共
聚反应。
1697
100
8
2938b
34
1645
2400
1597
3406
4000
0.7
0.9
w(MBA)/%
图2腐植酸(a)、PAA(b)和复合树脂(c)的红外光
图3交联剂MBA质量分数对树脂吸水率的影响
谱图
Fig, 3 Effect of u0(MBA)%o on water absorbency
Fig 2 FT-IR spectra of HA(a), PAA(b )and PAA
HA(