复合高吸水性树脂毕业设计论文.doc

山东科技大学本科毕业论文摘要复合高吸水性树脂(SuperabsorbentComposite)是一种新型功能高分子材料。它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。因此，它在个人卫生用品、工农业生产、土木建筑等各个领域都有广泛用途。本文研究了CTS-g-P(AA-co-AM)/KL复合高吸水性树脂对甲基紫的吸附特性，考察了吸附时间,甲基紫的初浓度，pH，离子强度对吸附量的影响。结果表明随着吸附时间的延长，树脂对甲基紫的吸附量增加，24后，吸附作用基本达到平衡；吸附量随甲基紫初浓度的增大而增大；吸附量随pH增大先增加，当pH=4时达最大，此后，pH增大，吸附量下降；随着离子浓度的增加，吸附量呈下降趋势。CTS-g-P(AA-co-AM)/KL高吸水性树脂对甲基紫有很好的吸附作用，室温最大吸附量为1500mg/g，在印染废水处理过程中具有一定的应用价值。关键词 复合高吸水性树脂；甲基紫；吸附AbstractSuperAbsorbentPolymer，SAP is a new type of functional polymer materials. It has sucked received more than a few hundred to a thousand times its own weight of water, high water absorption features, and excellent water retention, once the swelling became hydrogel, even pressure is difficult to separate the water. Therefore, it has a wide range of applications in various fields of personal hygiene products, industrial and agricultural production, civil construction, etc. Since so since the successful development of super absorbent polymers has been the worlds attention, the development of extremely rapid, the demand worldwide annually, has gradually expanded its field of application.Setting methyl violet as an example,the adsorption characteristics of the Poly(Acrylic Acid-co-Acrylamide) superabsorbent resin to methyl violet and the influences of adsorption time, original density of methyl violet, pH, and ionic strength on the adsorption were investigated.the results show that along with the extending of adsorption time, the adsorption capacity of modified humic acid to methyl violet was increased,and after 24h,the adsorption got to the balance basically;Along with the extending of original density of methyl violet,the adsorption amount was increased;Along with the extending of pH ,the adsorption amount was increased.When pH=4,the adsorption amount got to the maximum .Afterwards, along with the extending of pH, the adsorption amount was descended;Along with the increment of ionic strength,the adsorption amount showed decreasing trend. The Poly (Acrylic Acid-co-Acrylamide) superabsorbent resin had very good adsorption effect on methyl violet and had some application.Key words： superabsorbent resin; Methyl violet;Adsorption1.文献综述11.1引言11.2高吸水性树脂分类11.2.1按原料来源分类11.2.2按亲水化方法分类21.2.3按交联方法分类31.2.4按亲水基团的种类分类31.2.5按制品形态分类31.3高吸水性树脂的应用41.3.1医药卫生用品方面的应用41.3.2农林、园艺方面的应用51.3.3 建筑材料方面的应用61.3.4其它方面的应用61.4高吸水树脂的发展趋势81.5高吸水性树脂的吸水机理81.5.1 高吸水性树脂与水的作用91.5.2 高吸水性树脂的离子网络101.5.3 吸水性与保水性101.6 研究思路与方法112.实验部分122.1试剂与材料122.2仪器122.3树脂的制备132.4甲基紫溶液标准曲线的绘制132.5吸附性能的测定132.6吸附时间的影响142.7甲基紫初浓度的影响142.8树脂用量的影响142.9 pH的影响153.1红外表征163.2甲基紫标准曲线的绘制173.3吸附时间的影响173.4甲基紫初浓度的影响183.5 pH的影响193.6离子强度的影响203.7吸附等温线213.8吸附动力学233.9 结论255. 致谢29外文文献原稿和译文30译 文35V1.文献综述1.1引言高吸水性树脂是一种含有强亲水性基团并且有一定交联度的功能性高分子材料。它不溶于水和任何有机溶剂，但能吸收其自身重量几百倍乃至几千倍的水；吸水后立即溶胀为凝胶，具有优异的保水功能，即使受压也不溢出水。由于该材料分子中含有大量的羧基、羟基等强亲水性基团而具有高分子电解质的分子扩张性能,同时又由于其微交联三维网络结构阻碍了分子的进一步扩张,二者的矛盾作用使得分子只能在水中溶胀而不溶解,它可以吸收和保持自身质量几百倍甚至几千倍的水,具有奇特的吸水和保水能力1 。我国从80年代后期对高吸水性树脂进行研究开发，取得了一定的成绩。陆续有一些小型的工厂投产，但与国外相比还有距离，缺乏竞争力。近几年，高吸水性树脂的世界需求量逐年增长，具有很大的发展潜力。高吸水性树脂的合成可分为两条路线：一是用天然高分子吸水材料改性，产品称为半合成树脂；另一条路线则是由亲水单体聚合而成，产品称为合成树脂2。1.2高吸水性树脂分类高吸水性树脂从诞生起发展到现在,种类繁多，根据现有品种及其发展按以下几个方面进行分类。1.2.1按原料来源分类高吸水性树脂从原料来源来分,有三大系列,分别是淀粉系,纤维素系,合成聚合物系。（1）淀粉类对天然淀粉进行改性制备SAR是成本较低的一种方法,主要有两种形式:一是在淀粉上引入亲水基团(AA或AM),并使其有一定的交联度：另一种是先对淀粉进行部分交联,再引入羟甲基亲水性基团得到SAR,该方法原料来源丰富,成本低,吸水率高,其缺点是耐热性与其保水性能差,使用中易受微生物分解而失去吸水保水能力。（2）纤维素类纤维素类SAR也包括两种类型,一种是纤维素与亲水性单体接枝共聚,另一种是氯醋酸与纤维素反应引入羟甲基再用交联剂交联而得,该类树脂的主要特点是可以制成高吸水织物,与合成纤维混纺,改善最终产品的性能3。(3)其他种类此类主要是指淀粉,纤维素以外的多糖类SAR,其中有些接枝物也有较好的吸水能力。1.2.2按亲水化方法分类（1）亲水性单体的聚合物(如聚丙烯酸盐,聚丙烯酰胺,醋酸乙烯/顺丁烯二酸酐共聚物,丙烯酸/丙烯酰胺的共聚物等)；（2）疏水性聚合物的羧甲基化反应物(如纤维素羧甲基化反应,淀粉羧甲基化反应,聚乙烯醇/顺丁烯二酸酐的反应等)；（3）疏水性聚合物接枝聚合亲水性单体共聚物(如淀粉/丙烯酸/丙烯酰胺/顺酐接枝共聚物,聚乙烯醇接枝丙烯酸盐,纤维素接枝丙烯酰胺,纤维素接枝丙烯酸盐,淀粉接枝丙烯酸盐,淀粉接枝丙烯酰胺等)；（4）含腈基,酯基,酰胺基的高分子水解反应(如聚丙烯酰胺的水解物,纤维素接枝丙烯腈的水解物,淀粉接枝丙烯腈的水解物,丙烯酸酯/醋酸乙烯酯共聚物的水解等)。1.2.3按交联方法分类高吸水性树脂按不溶化方法分为用交联剂进行网状化反应,自交联网状化反应,放射线照射网状化反应和水溶性聚合物导入疏水基或结晶结构等四种。其中用交联剂进行网状化反应主要有多反应官能团的交联剂交联水溶液性的聚合物,多价金属离子交联水溶液性的聚合物,多价酸交联水溶液性的聚合物和用高分子化合物交联水溶液性的聚合物等重要品种；自交联网状化反应有聚丙烯酸盐,聚丙烯酰胺等的自交联聚合反应；放射线照射网状化反应的重要品种是聚乙烯醇,聚氧化烷烃等通过放射线照射而进行交联4。1.2.4按亲水基团的种类分类高吸水性树脂按照亲水基团的种类可分为含有羧酸,磺酸,磷酸类的阴离子系,叔胺,季铵类的阳离子系,两性离子系,羟基和酰胺基的非离子系和多种亲水基团系等五大种类。1.2.5按制品形态分类从制品形态上高吸水性树脂可分为粉末状,纤维状,薄膜状和珠状。1.3高吸水性树脂的应用1.3.1医药卫生用品方面的应用由于高吸水性树脂无毒、无刺激和高度生物相容的特性，在医疗卫生用品领域得到了最为广泛的应用。人们利用高吸水性树脂作为吸收材料吸收尿液、血液、药物，制作如卫生巾、尿布、餐巾纸、失禁垫片、医用药棉等。高吸水性树脂的超强吸水能力和保水能力使得生理卫生方面的产品大大轻薄化、小型化、舒适化，消除了人们很多苦恼。经过最近20年来的高速发展，高吸水性树脂在全球范围实际产量已达年产100万吨以上，其中80%90%左右用于卫生领域5。在美国、日本、欧洲等发达国家和地区用高吸水性树脂作卫生材料已经普及，成为日常生活的一种基本材料。用于卫生材料的高吸水性树脂要求吸水速度快，吸水量大，吸水后形成的凝胶有一定强度，加压保水性好、尽可能高的生理盐水的吸液倍率，并且吸水树脂吸水后表面干爽性好。水溶液聚合法经粉碎得到的高吸水性树脂一般粒径在100m1000m之间，粗细粉末混杂在一起，在吸水时，细的颗粒由于表面积更大，吸水速度快，优先膨胀形成凝胶，这些凝胶包裹在粒径较大的树脂颗粒周围，形成“生面团”，阻止水快速向大粒径颗粒内部渗透，既影响了吸水速度，也降低了吸水后颗粒的干爽性6。这种粉碎所得的“初产品”基本不具备满意的使用价值。虽然有文献表明改变交联剂可以增加树脂的吸水速率，但这种方法对卫生材料用的树脂增加的吸水速率是不明显的。国内外的研究表明，通过引入表面处理的工艺，对吸水树脂颗粒的表面进行第二次交联，形成外部交联度高，内部交联度低的“核壳”结构，可以极大地改善吸水后颗粒的干爽性、保水性7。在增加的这种后处理过程中使用亲水性的小分子物质，同时加快了水在颗粒间和颗粒内的传导速度，使吸水速度提高很多。虽然这种后处理对粒子表面交联形成“核壳”结构，限制了树脂颗粒自由膨胀能力，但能够使树脂在压力下吸收能力提高而得到补偿。1.3.2农林、园艺方面的应用水是农林业的基本条件。世界虽然已经有60多亿人口，但并不缺乏土地。真正缺乏的是可以满足适合耕作条件的水源，只要有充足的淡水，目前世界上最起码可以拓展一倍以上的适耕土地。当然在严重缺乏降水的区域，我们无计可施。不过世界上有许多地方不是得不到足够的降水，而是降水期的严重分布不均。如果能够找到合适的方法对不均衡降水进行有效的调控，这对一些地区是具有非常意义的。高吸水性树脂具有高吸水、高保水、缓释水的作用，为降水分布不均的地区调控水分提供了一种新渠道。研究表明，高吸水性树脂的保水性能：SAP吸水后成为凝胶，水分在自然条件下蒸发速度明显减慢，加压也不易离析，保水能力很强8。对于SAP保水性能的持水势曲线的研究揭示了其保水特性。在恒温条件下对美国Polysort公司商品进行的蒸发试验表明，在试验的第17d，1.2%树脂处理过的土壤含水率比不施用SAP的土壤高出近一个数量级9。周锰等在测试淀粉接枝物的保水性能时，将其在转速为4000r/min的离心机中离心1h后，保水率仍高达97%，证实其具有卓越的保水性能。由于SAP的价格应用在农田保水调节墒情还不能取得良好的经济效益，所以在农林领域的应用几十年来还处于试探性应用阶段，一般农林领域还需要继续探索降低成本的方案。SAP在某些经济作物或者人工栽培上，可以获得良好的投入产出效益。比如在探索某些品种的蘑菇人工栽培上，使用少量的SAP可降低劳动强度，使产量提高10。我国土地辽阔，有大面积的沙漠及干旱、半干旱区域。改造治理沙漠、防止水土流失、提高干旱半干旱地带的可耕作性，为高吸水性树脂绿化祖国再造秀美山川、提高作物产量提供了用武之地。研究者发现，在农业上应用高吸水性树脂不仅可以减少灌溉水的损耗、降低植物的死亡率、提高土壤的肥力、加快作物的生长速度、增加作物的产量，而且可使土壤形成团粒结构，增加土壤的透水性、透气性、降低土壤的昼夜温差。同时与肥料、农药作用可使它们缓慢释放、增加肥料和农药的利用率和有效性。另外，树脂的使用减缓了传统农药及化肥对环境的污染，有益于净化环境。用于耕作的高吸水性树脂可以是薄膜状、凝胶状和泡沫状，高吸水性树脂吸水后，保存在苗床下面的适当位置，利用毛细作用，逐渐供给植物水分，这样可以达到缓释水分的作用11。对我国特别是西北、华北的干旱、半干旱地区而言，高吸水性树脂的节水、保水、抗旱保苗、改良土壤、促进植物生长的特殊性能，将越来越受到广大农民和科技工作者的关注。1.3.3 建筑材料方面的应用目前，高吸水性树脂在建材工业中主要应用于止水堵漏、防结露、调湿除湿、建材涂料、提高建筑工效等方面。1.3.4其它方面的应用除以上几个方面外，高吸水性树脂在日用化工、石油工业、环保工业、纤维工业、电子工业等方面同样具有广阔的应用。在日常生活中如食品保鲜剂、化妆品添加剂、香水缓释剂、油田处理剂等方面高吸水性树脂均发挥了巨大的作用12。现代通讯技术的光缆，采用光纤作为信息的传递导线。光纤对含有羟基的物质极其敏感，将极大的增加光损失，降低光信号的传递距离。虽然现代的光缆采取了塑料护套、铁皮护套以及使用阻水油膏等多种保护措施，但光缆如果有意外因素导致塑料护套受损后，水作为有羟基的物质由于毛细作用会在光缆中以数千米的迁移能力纵向渗入光缆内部，对光缆造成严重的、甚至灾难性的致命破坏。高吸水性树脂应用在光缆中完美的解决了这个曾经限制光缆技术的难题。将适量的高吸水性树脂粉末夹在两层薄的无纺布中间，制作成“阻水带”，将之缠绕在光缆内光纤线组与外铁皮中间，当光缆局部破损后，如果有水进入，阻水带中的高吸水性树脂粉末将迅速膨胀压紧光纤线组的空隙，将水迁移的毛细通道阻断13。由于SAP所具有的一些不同于传统材料的特点，高吸水性树脂在上世纪50年代以来就引起了学术界及产业界的高度重视，无论是基础研究的科研论文还是应用专利均增长极快，在20世纪九十年代末，仅日本关于SAP的相关专利就有3000多件14。虽然SAP在生产生活的许多领域都获得了长足的发展，但是目前80-90%的产品应用于婴儿纸尿裤、妇女卫生巾、成人失禁垫片等生理卫生材料。在煤炭阻燃、煤矿防爆，隧道、堤坝遇水膨胀橡胶，防火灭火剂等领域的应用，解决了以前许多难以解决的问题，产生了巨大的经济效益。虽然在精细领域的用量所占的比例并不高，是由于精细领域对产品的性能指标要求比较特殊，要研究解决的具体技术细节较多。1.4高吸水树脂的发展趋势由于我国的研究起步较晚，与国外相比差距较大，尚未形成规模生产能力，该产品在日用品生活方面几乎为零，在农林业中的应用仍处于小面积试验示范阶段。因此，未来在研究和应用高吸水性树脂方面应加强工作。（1）加强高吸水性树脂制备方法的研究。高吸水性树脂综合性能的改善取决于多种因素，但制备方法的研究非常重要。同样的反应材料采用不同的聚合方法其产物的性能有较大的差距15。近年来快速发展的无机-有机复合制备法，尽管产品显示了较好的综合性，但如何解决反应体系的均匀性和试验产品的稳定性还有许多应用工作要做，因此，今后应加强这方面的研究工作，解决高吸水性树脂制备中的关键基础问题。（2）加强高吸水性树脂所用新材料的基础性研究。现代科学和技术的发展越来越呈现交叉和渗透的趋势，新材料要有好的性能，必须对制备新材料的原料进行系统的研究16。（3）加强高吸水树脂应用方法和安全性研究。高吸水性树脂应用方法滞后是当前制约大面积在农业中应用的重要因素。高吸水树脂以多大的目数和是用在什么部位以及使用多少量效果最好等问题都要未来通过系统研究来解决。1.5高吸水性树脂的吸水机理自然界中能吸水的物质很多,按其吸附水的性质来分,基本上分类,一类是物理吸附,像传统的棉花、纸张、海绵,其吸附主要是毛细管的吸附原理,所以此类物质吸水能力不高,只能吸收自身重量的20倍水,一旦有压力,水便会从中流出。另一类是化学吸附,通常是通过化学键的方式把水和亲水性物质结合在一起成为一个整体。此种吸附结合很牢,加压也不能把水放出17。高吸水性树脂是由三维空间网络构成的聚合物,它的吸水,既有物理吸附,又有化学吸附,所以它能吸收成百上千倍的水。1.5.1 高吸水性树脂与水的作用当水与高分子表面接触时,有种相互作用,一是水分子与高分子电负强的氧原子形成氢键结合，二是水分子与疏水基团的相互作用，三是水分子与亲水基团的相互用18。高吸水性树脂本身具有的亲水基和疏水基与水分子相互作用形成自为水合状态。树脂的疏水基部分可因疏水作用而易于折向内侧,形成为不溶性的粒状结构,疏水基周围的水分子形成与普通水不同的结构水。用DSC、NMR分析、高吸水性树脂处于凝胶状态时,存在大量的冻结水和少量的不冻水。发现亲水性水合,在分子表面形成厚度为一的一个水的分子层19。第一层,极性离子基团与水分子通过配位键或氢键形成的水合水。第二层,水分子与水合水通过氢键形成的结合水层。由此计算,水合水的总量不超过一水极性分子,这些水合水的数量与高吸水性树脂的高吸水量相比,相差一个数量级,由此可见高吸水性树脂的吸水,主要是靠树脂内部的三维空间网络间的作用,吸收大量的自由水贮存在聚合物内,也就是说,水分子封闭在边长为一聚合物网络内,这些水的吸附不是纯粹毛细管的吸附,而是高分子网络的物理吸附。这种吸附不如化学吸附牢固,仍具有普通水的物理化学性质,只是水分子的运动受到限制。1.5.2 高吸水性树脂的离子网络高吸水性树脂在结构上是轻度变联的空间网络结构,它是由化学交联和树脂分子链间的相互缠绕物理交联构成的。吸水前,高分子长链相互靠拢缠在一起,彼此交联成网状结构,从而达到整体上的紧固程度。高吸水性树脂可以看成是高分子电介质组成的离子网络和水的构成物。在这种离子网络中,存在可移动的离子对,它们是由高分子电介质的离子组成的其离子网络结构如图高吸水性树脂的吸水过程是一个很复杂的过程。吸水前,高分子网络是固态网束,未电离成离子对,当高分子遇水时,亲水基与水分子的水合作用,使高分子网束张展,产生网内外离子浓度差。如高分子网结构中有一定数量的亲水离子,从而造成网结构内外产生渗透压,水分子以渗透压作用向网结构内渗透。同理,如被吸附水中含有盐时,渗透压下降,吸水能力降低、由此可见,高分子网结构的亲水基离子是不可缺的,它起着张网作用,同时导致产生渗透功能。亲水离子对是高吸水性树脂能够完成吸水全过程的动力因素,这一点也可从式中看出。高分子网结构特有多量的水合离子,是高吸水性树脂提高吸水能力,加快吸水速度的另一个因素。高吸水性树脂三维空间网络的孔径越大,吸水率越高,反之,孔径越小,吸水率越低。树脂的网络结构是能够吸收大量水的结构因素。1.5.3 吸水性与保水性吸水和保水是一个问题的两个方面在一定温度和压力下,高吸水性树脂能自发地吸水,水进入到树脂中,使整个体系的自由能降低,直到满足平衡为止。如水从树脂中放出,使自由能升高,不利于体系的稳定。通过差热分析表明,高吸水性树脂吸收的水在150以上时,仍有50%的水封闭在水凝胶的网络中,当温度达到200时,水分子的热运动超过高分子网络的束缚力后,水才挥发逸出20。因此在常温下,加多大的压力,水也不从高吸水性树脂中溢出。另外,高吸水性树脂的吸水能力还与网络链上的离子密度和所吸附介质等因素有关,这已被实验所证明。1.6 研究思路与方法高吸水性树脂(材料)是能吸收水达自身重量的几十倍乃至几千倍,即使在加压下也难以脱水的轻度交联的功能高分子材料,可广泛作为吸水保水材料。作为功能材料应用,对其性能(如吸水保水性能等)依用户不同而异。为改善高吸水性树脂的耐盐性、凝胶强度,降低成本,可将无机矿物材料如凹凸棒土、蒙脱土、硅藻土、高岭土、膨润土等引入到高吸水性树脂基体中制备有机/无机复合高吸水性材料；也可通过包覆、引入以脂肪族和芳香族多功能组分为主的有机化合物腐植酸钠、海藻酸钠和无机粘土合成新型的高吸水性树脂,显著提高其耐盐性能,并能提供肥料缓控释性能。高岭土属亲水性的层状硅酸盐粘土矿物材料,经深加工处理后的粉体具有比表面积大,价廉易得,可以较好地和有机单体聚合。本实验采用溶液聚合法、通过正交实验探索了合成高岭土/丙烯酸/丙烯酰胺复合高吸水性树脂的最优条件。2.实验部分2.1试剂与材料氢氧化钠（AR,粒状，天津市巴斯夫化工有限公司）高岭土（KL，CP,粉末， 汕头市西陇化工有限公司）过硫酸钾（KPS，AR,结晶，天津市广成化学试剂有限公司）过硫酸铵（KPA，AR,结晶，天津市广成化学试剂有限公司）甲基紫（MV，粉末，AR, 天津博迪化工有限公司）丙烯酸（AA，CP,液体， 天津博迪化工有限公司）N，N 亚甲基双丙烯酰胺（MBA，AR,液体，天津博迪化工有限公司）壳聚糖 (CTS,粉末，国药集团化学试剂有限公司)2.2仪器可见分光光度计(WFJ 7200,尤尼柯设备有限公司)水浴锅、搅拌器（DF-1型磁力搅拌器，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂）天平（JMB-2003,诸暨市超则衡器有限公司）2.3树脂的制备将1g高岭土、中和度70%的丙烯酸、4g丙烯酰胺、2g聚壳糖和20ml去离子水加入装有冷凝管和搅拌装置的250ml三颈瓶中，升温至60后搅拌30min，使粘土粉末分散均匀。分别加入0.005g/ml的MBA溶液1ml和0.001g/ml的KPS溶液1ml，搅拌1h左右直至凝胶生成。取出凝胶，剪切为小块放在表面皿中，在60下干燥大约6h至恒重。2.4甲基紫溶液标准曲线的绘制称取1g甲基紫,配制成1L溶液，然后稀释成不同浓度的标准溶液。以去离子水为参比溶液，分别取甲基紫溶液2，4，6，8，10mL 100 mg/L于100mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度，摇匀，依次得到浓度依次为2，4，6，8，10mg/L 的甲基紫标准溶液，用WFG-7200型可见分光光度计在585nm处测量其吸光度。以浓度c为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。2.5吸附性能的测定配制浓度400mg/l的MV溶液200ml，然后分别稀释为50,100,200,300mg/l各50ml，置于100ml烧杯中，分别加入50mg研磨后的干燥树脂，室温吸附24h后过滤，分别测定吸附前后溶液在460nm波长处的吸光度，由标准曲线获得其浓度，进一步根据公式（1）计算树脂颗粒对甲基紫的吸附倍率q。(1)式中：C0为甲基紫的初始浓度(mg/L)，Ct为吸附一定时间后甲基紫浓度(mg/L)，V0，Vt分别为溶液的初始体积和吸附后溶液体积（mL），m为树脂质量(g)，q为吸附倍率(mg/g)。2.6吸附时间的影响平行称取多份50mg树脂于100mL烧杯中，各加入50mL 2000mg/L 的甲基紫溶液。间隔一段时间后依次取样，过滤，测定吸附后溶液的体积和吸光度，计算吸附倍率。震荡吸附时间最长为24h，超过24h，改为室温静置吸附。2.7甲基紫初浓度的影响配制一系列浓度200,400，600,800,1000,1200,1600,2000mg/l的甲基紫溶液，直至甲基紫达到饱和（约2000mg/L）。各取50mL于100mL 烧杯中，分别加入50mg树脂，室温静置6h小时后测算吸附倍率。2.8树脂用量的影响分别称取一系列不同质量的树脂，加入到50mL 2000mg/L 的甲基紫溶液中，室温静置24h后测其吸附倍率和去除率。2.9 pH的影响由于甲基紫溶液对不同pH值的溶液有显色影响，为了配置不同pH的甲基紫溶液，首先用盐酸和氢氧化钠配成不同pH的水溶液，然后将一定量甲基紫溶于其中，配成不同pH、浓度均为2000mg/L的甲基紫溶液。平行称取多份50mg树脂，加入到不同pH的甲基紫溶液中，室温静置6h后测其吸附倍率。在pH6和pH13时有沉淀析出，取上层清液测其吸光度。3.结果与讨论3.1红外表征树脂的红外光谱结果如图3.2所示。曲线a在3451cm-1处出现了-CONH中NH伸缩振动吸收峰;1648cm-1处出现了-CONH中C=O伸缩振动吸收峰;1558cm-1处出现了-CONH中NH变形振动吸收峰;1455cm-1、1392cm-1处出现了-CH。弯曲振动吸收峰;1185cm-1、1043cm-1、769cm-1、627cm-1处出现了S=O伸缩振动吸收峰。对比曲线a与b曲线b上没有出现高岭表面-OH的伸缩振动吸收峰,也没有出现高岭土中四面体和八面体内部-OH的伸缩振动吸收峰;在1117cm-1处出现了Si-O伸缩振动吸收峰;在1010cm-1处出现了Si-O-Si反对称伸缩振动吸收峰;913cm-1处出现了Al-O-H弯曲振动吸收峰。由此可初步推断该树脂为高岭土复合AM、AA的共聚物。3.1红外光谱3.2甲基紫标准曲线的绘制以浓度c为横坐标，吸光度A为纵坐标绘制标准曲线，结果如图2所示。甲基紫浓度在2-16mg/L范围内与吸光度呈良好的线性关系，其线性回归方程为y =0.0763x+0.0075，相关系数r=0.9959图3.2 甲基紫标准曲线3.3吸附时间的影响平行取多分甲基紫溶液浓度为50mL，1000mg/L,分别向甲基紫中加入50mg树脂，分别于15、30、45、60、120、300、360、480、1440min取样进行分析，考察反应时间对其吸附率的影响。结果如图3.3所示。图3.3 吸附时间对吸附倍率的影响由图3.3可以看出随着吸附时间的延长，吸附率增加很快，120min后，吸附率明显减慢，24h后，吸附率趋于稳定，吸附基本达平衡，最大吸附倍率为1800mg/g。这是由于刚开始树脂内部吸附位较多，甲基紫和树脂内部浓度差较大，推动力较大，所以吸附率较大，随反应进行，有效吸附位减少，浓度差减少，吸附率变小，最终达到平衡。3.4甲基紫初浓度的影响配制一系列不同浓度的甲基紫溶液，直至甲基紫达到饱和（约2000mg/L）。各取50mL于100mL 烧杯中，分别加入50mg树脂，室温静置6h小时后测算吸附倍率，结果如图3.4所示图3.4甲基紫初浓度的影响由图可见，随甲基紫初浓度的增加，吸附率增加，初浓度和吸附率基本呈良好的线性关系，随后逐渐趋于平缓，这是由于刚开始甲基紫和树脂内部浓度差较大，推动力较大，有效吸附位充足，吸附率增大，随反应进行，吸附位数目不变，浓度差变小，吸附率减小，增长变平缓。3.5 pH的影响用盐酸和氢氧化钠配成pH为2、4、6、7、8、10、12、13的水溶液，然后加入50mL浓度为1000mg/L的甲基紫，分别加入50mg树脂，取样进行分析，测吸附率，考察不同pH对吸附率的影响。实验结果如图3.5示：图3.5 pH对吸附效果的影响由图可见：在极酸极碱条件下（Ph10）时，吸附倍率较小，pH=4时，吸附倍率达到最大值。这是因为甲基紫的表面电荷与吸附量有着一定关系，而甲基紫分子在溶液中的电离状况随着pH的改变而变。当溶液呈酸性时，分子中的氨基会接受质子变成阳离子有利于吸附，同时抑制分子的团聚。当在极端酸性（pH10），过多Cl-和Na+阻挡了染料氨基阳离子与离子化的羧基相互作用，故MV染料的吸附量明显下降。3.6离子强度的影响分别取一系列离子浓度的Na+和Zn2+加入1000mg/L甲基紫溶液中，取样进行分析，考察离子强度对吸附率的影响，结果如图3.6所示。图3.6离子强度对吸附效果的影响由图3.6可以看出，金属离子的加入明显的抑制了凝胶对甲基紫的吸附作用。金属离子浓度降低时吸附倍率迅速下降，这是由于溶液中的阳离子与甲基紫形成竞争吸附，有效吸附位减小，且Zn2+会与甲基紫或树脂形成配合物，Na+会导致甲基紫溶液溶解度降低，所以导致吸附量下降。当金属离子浓度增至0.06mol/L以后继续增大，吸附倍率下降缓慢。这是因为随着溶液中阳离子浓度增加，其对吸附剂与被吸附物质之间静电作用的抑制力也随之增加。当外界液相中的离子浓度较大时形成相反的渗透压，凝胶分子链得不到有效的扩展，不能形成有效的空间网状结构，凝胶部分活性吸附点未能与染料分子充分接触，以为吸附倍率较低。3.7吸附等温线Langmuir方程及其线性关系式分别如式（2）和（3）所示：（2）（3）式中：q为平衡吸附量（mg/g），b为吸附系数，c为平衡时溶液中溶质的质量浓度（mg/L），qm为最大表观吸附量（mg/g）。Freundlish方程及其线性关系式分别如式（4）和（5）所示：（4）（5）式中：q为平衡吸附量（mg/g），c为平衡时溶液中溶质的质量浓度（mg/L），KF为常数，n为常数，根据实验数据绘制吸附等温线。如图3.7和图3.8所示。图3.7 Langmuir吸附等温线图3.8 Freundlish吸附等温线Langmuir等温吸附方程c/q=0.0074c+0.4998，相关系数R=0.9867。Freundlish等温吸附方程lgq=0.6891lgc+3.5386，相关系数R=0.9980。可求得斜率和截距，KF=0.0025,n=0.6891。由此可见，树脂对甲基紫溶液的吸附同时满足Freundlish和Langmuir等温吸附方程。3.8吸附动力学吸附动力学模型是表征吸附过程一个重要手段，在实际应用中可以预测不同吸附时间下达到的吸附效率。通常用于描述吸附动力学的数学模型有Lagergren准一级动力学方程和HO准二级动力学方程。其中，Lagergren准一级动力学方程如式（6）所示：（6）HO准二级动力学方程如式（7）：（7）式中：qt和qe分别为t时刻时的吸附量和平衡时的吸附量（mgg- 1）。k1为准一级吸附的速率常数（min-1）；k2为准二级吸附的速率常数（gmg-1min-1）；t为吸附反应时间（min）；对实验数据分别进行Lagergren准一级动力学拟合和HO准二级动力学拟合如图3.9和3.10。图3.9 准二级动力学曲线按准二级动力学模型拟合能得到很好的线性关系，拟合曲线如图3.9所示。因此，吸附是准二级动力学过程，其中，动力学方程y=0.0005x+0.0204，R=0.9964，k2=1.5X10-5。图3.10 准一级动力学曲线根据图形还有R2值比较，明显能看出按准二级动力学模型拟合能得到很好的线性关系。3.9 结论1.随着吸附时间的延长，树脂对甲基紫的吸附量增加，24h后，吸附作用基本达到平衡；2.吸附量随甲基紫初浓度的增大而增大；3.吸附量随pH增大先增加，当pH=4时达最大，此后，pH增大，吸附量下降；4.随着离子浓度的增加，吸附量呈下降趋势。5.树脂对甲基紫溶液的吸附同时满足Freundlish和Langmuir等温吸附方程。6.吸附符合准二级动力学过程。总结:CTS-g-P(AA-co-AM)/KL高吸水性树脂处理甲基紫溶液表现出良好的吸附效果。在室温下,甲基紫初浓度为1000mg/l时，平衡吸附倍率可达1800mg/g。对实验数据进行动力学模型拟合，动力学模型符合准二级动力学方程，且相关性系数较高。4.参考文献1林松柏,林建明,吴季怀等.纤维素接枝丙烯酰胺/高岭土高吸水性复合材料研究J.矿物学报,2002,22(4):299-302.2 李建成,李仲谨,白国强等.羧甲基纤维素及多元接枝高吸水树脂的制备J.中国造纸,2004,23(2):17-19.3 邹新禧.超强吸水树脂M.北京:化学工业出版社,2002.4 蒋文伟.高分子树脂研究进展J.化学世界,1996,(1):32615 褚建云.半互穿网络聚丙烯酸高吸水树脂的合成及性能J.四川大学学报2004，36(2):62-68.6 刘德荣，颜杰等.高分子学报1996,4(8):490493.7 江邦和,胡效忠,邬行彦.离子交换与吸附树脂在中药有效成分提取中的应用J.离子交换与吸附,2001.8 李剑君,李稳宏,高新,等.AB-8型大孔吸附树脂吸附葛根素过程的研究J.西安交通大学学报,2000.9 时钧，汪家鼎，余国琮，陈敏恒.化学工程手册.第二版.北京：化学工业出版社，1996.10ChristieJGeankoplis.TransportProcessesandUnitOperations,ThirdEdition.EnglewoodCliffs,NewJersey:Prentice-Hall,199311RobertSBrodkey,HarryCHershey.TransportPhenomenaAUnifiedApproach.NewYork:McGraw-Hill,198812 王国建,王德海,邱军等.功能高分子材料J上海：华东理工大学出版社，2006：36837613 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The molecular structure of the polyacrylate has sodium carboxylate groups hanging off the main chain. When it comes in contact with water, the sodium detaches itself, leaving only carboxylions. Being negatively charged, these ions repel one another so that the polymer also has cross-links, which effectively leads to a three-dimensional structure. It has hige molecular weight of more than a million; thus, instead of getting dissolved, it solidifies into a gel. The Hydrogen in the water (H-O-H) is trapped by the acrylate due to the atomic bonds associated with the polarity forces between the atoms. Electrolytes in the liquid, such as salt minerals (urine contains 0.9% of minerals), reduce polarity, thereby affecting superabsorbent properties, especially with regard to the superabsorbent capacity for liquid retention. This is the main reason why diapers containing SAP should never be tested with plain water. Linear molecular configurations have less total capacity than non-linear molecules but, on the other hand, retention of liquid in a linear molecule is higher than in a non-linear molecule, due to improved polarity. For a list of SAP suppliers, please use this link: SAP, the superabsorbent can be designed to absorb higher amounts of liquids (with less retention) or very high retentions (but lower capacity). In addition, a surface cross linker can be added to the superabsorbent particle to help it move liquids while it is saturated. This helps avoid formation of gel blocks, the phenomenon that describes the impossibility of moving liquids once a SAP particle gets saturated. History of Super Absorbent Polymer ChemistryUntil the 1980s, water absorbing materials were cellulosic or fiber-based products. Ch