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功能化聚苯乙烯微球的制备及其处理造纸白水中DCS的研究

肖禾  
【摘要】:随着造纸过程中高得率浆和废纸浆的大量使用以及造纸白水封闭循环程度的提高,纸机系统中积累大量的溶解与胶体物质(DCS)对造纸过程带来的危害愈发严重。本论文利用不同粒径和交联度的聚苯乙烯微球为载体,制备了一系列聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸功能化改性的具有不同表面结构和性质的聚苯乙烯(PS)微球,深入考察了其对造纸白水的处理效果,研究了微球结构对DCS处理的影响,并对相关吸附机理进行了探讨,实验结果对造纸白水回用技术具有重要的参考价值和实际应用前景。论文首先探讨了弱碱性树脂IRA-67和强碱性树脂IRA-900Cl对碱性过氧化氢机械浆(APMP)白水中DCS的处理效果和处理条件,为功能化聚苯乙烯微球的使用提供实验依据和参考。当IRA-67和IRA-900Cl的添加量为50.0 g/L时,水样的阳离子需求量分别下降40.3%和26.9%。延长处理时间,提高温度和搅拌速度,有利于DCS的去除。IRA-67和IRA-900Cl使用后可以经酸-碱溶液处理而再生,重复使用5次后,两者对DCS的处理能力分别下降了9%和12%。论文经傅克酰基化反应制备了氯乙酰基化聚苯乙烯微球,再以三硫代碳酸异丁酸酯为RAFT试剂,经可逆加成-断裂反应(RAFT反应),得到表面接枝聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(Poly-MAC)的聚苯乙烯微球。酰基化反应过程中,当投料比(PS/氯化铝/氯乙酰氯摩尔比)为1:1:1时,聚苯乙烯微球增重率为42.28%,活性氯含量为3.61mmol/g,当活性氯含量升高,负载的RAFT试剂增多。聚苯乙烯微球负载的RAFT试剂越多则表面接枝阳离子聚电解质越多。引发剂用量相同时,RAFT试剂越多,阳离子聚电解质的接枝量越少;RAFT试剂相同时,加入较少的引发剂会得到接枝量较高的改性树脂;阳离子单体使用量增加,接枝量随之提高。该阳离子微球对聚半乳糖醛酸(PGA)的等温吸附符合Langmuir-Freundlich吸附模型,对木素磺酸钠(Lignin-Na)的吸附同时符合Langmuir和Freundlich模型;对Lignin-Na的吸附速率大于PGA的吸附速率,吸附动力学研究表明,对PGA和Lignin-Na的吸附以颗粒内扩散作用为主。以烯丙酰基化PS微球为载体,DMF为溶剂,通过表面引发接枝聚合的方式制备了Poly-MAC表面改性的PS微球。当丙烯酰化聚苯乙烯微球与MAC质量比为1:20,MAC质量分数为30%,过硫酸铵用量为0.075%时,poly-MAC的接枝量为1.72 mmol/g。当阳离子化聚苯乙烯微球和IRA-900Cl用量为10 g/L时,白水阳离子需求量分别下降了58.28%和25.83%。提高白水温度和延长作用时间均有利于吸附树脂去除白水中的DCS,重复使用6次后,阳离子化聚苯乙烯微球和IRA-900Cl处理白水的能力只下降了6.62%和9.27%。烯丙酰基化程度提高,聚苯乙烯微球上poly-MAC的接枝量相应提高。当poly-MAC接枝量相同时,PS微球的比表面积和孔容越大,则表面接枝量相对越低。该阳离子化PS微球对PGA和Lignin-Na的吸附量和吸附速率都高于IRA-67树脂。对PGA和Lignin-Na的等温吸附过程符合Langmuir吸附模型,吸附动力学以准一级动力学为主。以烯丙酰基化聚苯乙烯微球为载体,分别制备了表面接枝聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的中性PS微球和阴离子PS微球,与阳离子改性PS微球相比,接枝聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的聚苯乙烯微球对于白水阳离子需求量、浊度、总溶解与胶体物质的去除效果较低,但是接枝聚丙烯酸的聚苯乙烯微球降低白水电导率有一定的效果。


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