粉煤灰复合聚丙烯酸钠凝胶的制备及其溶胀性能.pdf

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1、第33卷第4期应用化学Vo1．33Iss．42016年4月CHINESEJ0URNALOFAPPLIEDCHEMISTRYApr．2016粉煤灰复合聚丙烯酸钠凝胶的制备及其溶胀性能张军旗金淑萍韩玉琦禹兴海岳国仁(甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，河西学院化学化工学院甘肃张掖734000)摘要粉煤灰(CFA)存在的情况下，采用自由基溶液聚合法，以过硫酸钾(KPS)为引发剂，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(NNMBA)为交联剂，制备了粉煤灰复合聚丙烯酸钠凝胶(CFAPAANa)。以丙烯酸单体质量为基准，当交联剂用量为0．08％，

2、引发剂用量为0．4％，粉煤灰用量为3％，丙烯酸中和度为70％，聚合温度为70℃时，所合成的粉煤灰复合聚丙烯酸钠凝胶在蒸馏水和生理盐水中平衡溶胀比最高，分别为1556(g／g)和168(g／g)。考察了复合凝胶在不同介质溶液中的溶胀动力学，保水性能以及在土壤中的降解行为。溶胀动力学研究表明，蒸馏水中溶胀初期复合凝胶聚合物链段的扩散运动能够调控凝胶溶胀的快慢及程度，而生理盐水中水分子的平移和对流运动在凝胶的溶胀过程中起着关键性作用。保水和降解实验结果表明，25℃时，50h凝胶保水率为64％，土壤中50d时降解率达60％。相比于聚

3、丙烯酸钠凝胶，粉煤灰复合凝胶保水率提高了8％。关键词粉煤灰；聚丙烯酸；耐盐性；保水性；降解中图分类号：O631文献标识码：A文章编号：1000-0518(2016)04-0419—11DOI：10．11944／j．issn．1000-0518．2016．04．150196合成类高吸水性凝胶是一类合成工艺简单、吸水率高、保水能力强的功能高分子材料，近年来研究和发展速度很快。在合成类高吸水性凝胶中，又以聚丙烯酸系凝胶具有吸水量大、合成简便、性能稳定等优点而广受人们青睐。然而，聚丙烯酸系凝胶也存在着诸多不足，譬如耐盐性差、吸水后的

4、凝胶强度低、吸水速率慢等，无法满足在农林卫生等实际应用领域的要求。从环保角度而言，聚丙烯酸系凝胶生物降解性差¨，难以被自然界中的微生物和细菌所分解，大量使用废弃后势必对环境造成巨大污染。此外，目前合成高分子材料的原料所依赖的石油工业资源也日渐枯竭。大规模的燃煤发电始于上世纪20年代，粉煤灰(Coalflyash，CFA)是热电厂粉煤在燃烧过程中产生的主要残留物之一。它是轻煤粉颗粒随着烟气在烟道中上升时形成，然后通过静电沉淀或者袋装过滤系统收集而获得J。粉煤灰通常呈现一种粒径较为均匀的灰色超细微球形状，依赖于所燃烧煤的煤源和类

5、型不同，粉煤灰的化学组成可能不同J，但主要含有60％以上的无定型硅铝玻璃相，约30％的莫来石和石英结晶相，以及较少量的氧化钙(CaO)等其它成分。作为燃煤发电的副产物，目前全世界每年的粉煤灰产量大约6亿吨，其中仅5％得到了再利用J，其余则以堆放或掩埋的方式处理，已造成严重的环境问题。我国也已成为世界最大的排灰国，灰渣占用了大量的土地，加剧了对环境的污染J。近年来，有关粉煤灰再利用方面的研究主要集中在建筑材料_6J、吸附剂l、肥料和聚合物填充料叫等领域开展¨J。研究表明，粉煤灰具有很好的亲水性，在水溶液中能较好的分散J，而且粉

6、煤灰具有多孔结构，有一定的吸水能力，吸水原理除靠颗粒之间的毛细管孔隙外，还能在玻璃颗粒的洞穴和蜂窝状孔隙内蓄水，与土壤水分相比，粉煤灰水分更易被作物吸收利用；粉煤灰含有多种营养元素，可明显改良土壤的理化性质；粉煤灰中种植的作物不会危害人体健康¨。本文采用丙烯酸和粉煤灰为原料制备粉煤灰复合聚丙烯酸钠凝胶(CFAPAANa)，期望提高吸水溶胀后凝胶的强度、改善凝胶的降解性、提高凝胶耐盐性和环境相容性，降低凝胶生产成本，同时为粉煤灰的利用开辟一条新的途径。2015~6-11收稿，2叭591修回，2015—12_01接受国家自然科学

7、基金(51263008)、教育部科学技术研究重点项目(212181)资助通讯联系人：金淑萍，教授；Tel：09368285381；Fax：0936—8285381；E—mail：zjxjsp@163．corn；研究方向：智能高分子材料420应用化学第33卷1实验部分1．1试剂和仪器丙烯酸(Acrylicacid，AA)：化学纯，天津市科密欧化学试剂有限公司，使用前减压蒸馏除去阻聚剂(bp30—31~C／666．6Pa)；过硫酸钾(PotassiumPersulfate，KPS)：分析纯，西安化学试剂厂产品，用前蒸馏水重结晶；

8、Ⅳ，Ⅳ．亚甲基双丙烯酰胺(N，N'-methylene—bis-acrylamide，NNMBA)：化学纯，中国医药上海化学试剂公司，用前75％乙醇重结晶；聚乙烯醇(Polyvinylalcohol，PVA，1799)：直接使用；粉煤灰(CFA，其中A1：O3、SiO2和Fe2O3／FeO