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《合肥工业大学》 2008年
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甘薯淀粉基高吸水树脂的合成及性质研究

赵妍嫣  
【摘要】: 随着科学技术的发展,淀粉作为一种来源丰富的天然高分子,由于其具有可再生、生物可降解等性质,越来越多地被应用于社会生产的各个方面,对淀粉进行接枝改性将能更有效地拓展其应用空间。甘薯是富含淀粉的作物,我国甘薯年产量达10Mt,居世界之首,对其进行深度高值化加工利用十分迫切。本论文以甘薯淀粉为原料,采用溶液聚合法合成了甘薯淀粉接枝共聚高吸水树脂,通过对其吸水机理、溶涨理论及生物降解性能的研究,获得主要结果如下: 1.以KMnO_4取代传统的铈盐为引发剂,在酸性条件下合成了甘薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物,制备出吸水率达1127g/g的高吸水树脂;甘薯淀粉接枝丙烯酰胺高吸水树脂的最佳工艺条件为:淀粉/单体=1/7.5,催化剂浓度5.4mmol/L,引发剂浓度1.5mmol/L。 2.以过硫酸盐为引发剂,甘油为交联剂,在室温下合成的甘薯淀粉-丙烯酸高吸水树脂吸水率达980g/g,较好地解决了现有工艺中淀粉需高温糊化、接枝反应需通N_2保护等问题,有效简化了合成工艺;通过添加碳酸氢钠作为致孔剂合成的甘薯淀粉-丙烯酸多孔高吸水树脂,其吸液速率提高30%。 3.在甘薯淀粉-丙烯酸高吸水树脂合成的基础上,研究了多元共聚及添加Al_2(SO_4)_3、EDTA等成分对高吸水树脂吸水性能和吸盐性能的影响。结果表明:甘薯淀粉接枝丙烯酸/丙烯酰胺三元共聚高吸水树脂或甘薯淀粉接枝丙烯酸共混EDTA高吸水树脂均能够显著提高树脂的吸盐性能。不同种类甘薯淀粉基高吸水树脂的水凝胶强度及其重复吸水性能试验结果表明:甘薯淀粉接枝丙烯酸/丙烯酰胺高吸水树脂吸水8次后,其吸水率仍能保持最大吸水率的85.6%,提高树脂的水凝胶强度可以改善其重复吸水能力。 4.采用Berens-Hopfenberg扩散-松弛模型,研究了高吸水树脂的组成、粒度大小、溶液浓度对树脂溶胀行为的影响。结果表明:高吸水树脂的溶胀过程符合扩散-松弛模型。在高吸水树脂吸液过程的起始阶段,水分子扩散占主导地位,吸液一段时间后,链段松弛吸水开始影响树脂的溶胀行为。水分子的扩散和大分子链段的松弛对树脂的吸水率都有贡献,但不同条件下贡献大小不同。树脂制备过程中,单体用量越多,高吸水树脂平衡吸水率中扩散吸水所占的比例就越大;高吸水树脂粒度越小,扩散吸水所占的比例越大;溶液浓度越大,树脂接枝链段松弛速率越小,扩散吸水在平衡吸水率中所占的比例越大。 5.研究了溶液中离子种类、浓度对高吸水树脂吸液率的影响,结果表明:高吸水树脂的吸液能力与溶液中阴离子种类、价态无关,与阳离子价态、浓度有关。一价阳离子的种类不影响树脂吸液率,随着一价阳离子浓度的增大,树脂吸液率降低;二价阳离子种类影响树脂吸液率。根据高吸水树脂吸液过程中溶液电导率的变化,探讨了树脂的吸液机理,推导出高吸水树脂在溶液中产生的渗透压π的计算公式,证明树脂内外的渗透压是树脂吸液的主要动力。 6.研究了黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌对甘薯淀粉接枝共聚丙烯酸高吸水树脂的生物降解作用,发现微生物产淀粉酶活影响其对高吸水树脂的降解能力,酶活越大,高吸水树脂降解率越高,这说明高吸水树脂的降解主要是其中的淀粉被利用,这也是甘薯淀粉基高吸水树脂易生物降解的原因。研究还发现,甘薯淀粉基高吸水树脂最大降解率大于未接枝率,表明微生物不仅可以利用其中的淀粉基质成分,而且可以利用接枝共聚物中的其它成分。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TQ324.8

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【引证文献】
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