羧甲基高吸水樹(shù)脂在鹽溶液中吸液性能比較*

烏仁其木格，鄭玉霞，付　淵

(內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古　呼和浩特　010070)

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羧甲基高吸水樹(shù)脂在鹽溶液中吸液性能比較*

烏仁其木格，鄭玉霞，付淵

(內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010070)

羧甲基馬鈴薯淀粉為原料合成高吸水樹(shù)脂，并對(duì)其在不同鹽溶液中的吸液性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：溶液的離子強(qiáng)度越大，高吸水樹(shù)脂的吸水能力越差。離子強(qiáng)度相同的鈉鹽溶液中，該樹(shù)脂吸附量大小順序依次為：磷酸鈉、碳酸鈉、氯化鈉和溴化鈉、氯化鈉、氟化鈉。在等離子強(qiáng)度的氯鹽溶液中，高吸水樹(shù)脂的平衡吸附量由大到小順序依次為：氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀 和 氯化鈉、氯化鐵、氯化銅。

羧甲基馬鈴薯淀粉；高吸水樹(shù)脂；鹽溶液

高吸水樹(shù)脂是一類新型的功能高分子材料，因其優(yōu)良的性能已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林園藝、生理衛(wèi)生、醫(yī)藥醫(yī)療等各領(lǐng)域。高吸水樹(shù)脂含有大量的功能基團(tuán)-COO-和三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它對(duì)染料和重金屬離子的吸附研究近年來(lái)備受關(guān)注[1]。本文研究羧甲基高吸水樹(shù)脂在不同鹽溶液中的吸液性能，為其應(yīng)用于廢水處理提供參考。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1原料及儀器

N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，丙烯酸，過(guò)硫酸鉀，氫氧化鈉，氯化鈉，氯化鉀，無(wú)水氯化鎂，無(wú)水氯化鈣，十水碳酸鈉，磷酸鈉，氟化鈉，溴化鈉，氯化鋰，氯化銅，氯化鐵，以上試劑均為AR；羧甲基馬鈴薯淀粉，自制。

1.2羧甲基馬鈴薯淀粉基高吸水樹(shù)脂的制備

將羧甲基馬鈴薯淀粉和去離子水在攪拌下充分混合，加入用氫氧化鈉提前中和好的丙烯酸、引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀和交聯(lián)劑N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下緩慢升溫，當(dāng)溫度達(dá)到90～100 ℃繼續(xù)加熱，使其在該溫度范圍內(nèi)反應(yīng)1 h，停止通氮?dú)?，冷卻至室溫即得羧甲基馬鈴薯淀粉基高吸水樹(shù)脂(簡(jiǎn)稱為高吸水樹(shù)脂)。

1.3性能測(cè)試

吸液能力的定量表示是吸液倍率。吸液倍率是指高吸水樹(shù)脂在單位質(zhì)量所吸收液體的量。單位為 g/g 或倍數(shù)。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：Q——吸液倍率

m1——吸液前樹(shù)脂的質(zhì)量，g

m2——吸液后樹(shù)脂的質(zhì)量，g

2　結(jié)果與討論

2.1高吸水樹(shù)脂在不同濃度不同鹽溶液中的吸水能力

用不同的鹽NaCl、kCl、MgCl2和CaCl2配成五種相同濃度的水溶液，測(cè)定高吸水樹(shù)脂對(duì)其的吸水率。

從圖1可以看出，水中的陽(yáng)離子使高吸水樹(shù)脂吸水能力顯著降低，在相同濃度鹽溶液中，離子電荷越高，高吸水樹(shù)脂吸水性降低越多。離子濃度越大，吸水倍率越低，當(dāng)濃度太大時(shí)，吸水能力幾乎喪失。這是由于鹽溶液中離子強(qiáng)度大于純水，高聚物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)外離子濃度差減小，滲透壓降低，所以吸水能力降低[2]。由此可見(jiàn),溶液的離子強(qiáng)度越大，高吸水樹(shù)脂的吸水能力越差。

圖1　高吸水樹(shù)脂在不同鹽溶液中的吸水率

2.2高吸水樹(shù)脂在不同陰離子的 Na+鹽溶液中的吸液能力

用不同的鹽Na2CO3、Na3PO4、NaF、NaCl、NaBr配置離子強(qiáng)度均為0.1 mol/mg的溶液，測(cè)定高吸水樹(shù)脂在不同陰離子的Na+鹽溶液中的吸液性能。

圖2　普通高吸水樹(shù)脂在NaX溶液中的吸液率

圖3　普通高吸水樹(shù)脂在NaA溶液中的吸液率

從圖2可以看出，等離子強(qiáng)度NaX溶液中，高吸水樹(shù)脂的平衡吸液倍率：NaF

從圖3可以看出，高吸水樹(shù)脂在等離子強(qiáng)度的 NaA溶液中，其平衡吸液倍率的順序?yàn)椋郝然c、碳酸鈉、磷酸鈉。在三種鹽離子強(qiáng)度相等時(shí)，碳酸鈉與磷酸鈉溶液中鈉離子濃度分別為氯化鈉溶液中鈉離子的三分之二和二分之一。高吸水樹(shù)脂在這三種溶液間的滲透壓順序?yàn)椋郝然c、碳酸鈉、磷酸鈉，使高吸水樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)鏈擴(kuò)張順序同上[3]。

2.3高吸水樹(shù)脂在不同陽(yáng)離子的 Cl-鹽溶液中中的吸液能力

配置離子強(qiáng)度均為0.1 mol/mg的LiCl、NaCl、KCl、CuCl2、FeCl3溶液，測(cè)定高吸水樹(shù)脂在不同陽(yáng)離子的Cl-鹽溶液中的吸液性能。

圖4　普通高吸水樹(shù)脂在堿金屬 Cl-鹽溶液中的吸液率

從圖4可知，普通高吸水樹(shù)脂在等離子強(qiáng)度的堿金屬 Cl-鹽溶液中的平衡吸液倍率為：LiCl>NaCl>KCl。在三種溶液離子強(qiáng)度相等時(shí)，Li+、Na+和 K+的半徑分別為依次增大，與水形成的水合陽(yáng)離子的半徑也逐次增大，Li+水合作用最大而 K+水合作用最小，水對(duì) Li+屏蔽作用最大而對(duì)K+屏蔽作用最小[4]。高吸水樹(shù)脂在等離子強(qiáng)度的三種溶液中的滲透壓大小順序?yàn)椋篖iCl>NaCl>KCl。

圖5　普通高吸水樹(shù)脂在不同價(jià)金屬Cl-鹽溶液中的吸液率

圖5結(jié)果表明，普通高吸水樹(shù)脂在等離子強(qiáng)度的不同價(jià)Cl-鹽溶液中的平衡吸液倍率順序?yàn)椋篘aCl>FeCl3>CuCl2。Cu2+和Fe3+與高吸水樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)鏈上-COO-有螯合作用，可將螯合作用與溶脹視為競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。在吸液開(kāi)始階段，溶脹作用>螯合作用，高吸水樹(shù)脂吸液倍率增加。因Cu2+和Fe3+與-COO-形成絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)相差不大[5]，兩種鹽離子強(qiáng)度相等時(shí)，Cu2+濃度為Fe3+的2 倍，導(dǎo)致高吸水樹(shù)脂在Cu2+溶液中塌陷比在Fe3+溶液中嚴(yán)重。所以高吸水樹(shù)脂在等離子強(qiáng)度的Cl-鹽溶液中的平衡吸液倍率為：NaCl>FeCl3>CuCl2。

3　結(jié)　論

以羧甲基馬鈴薯淀粉為原料合成的高吸水樹(shù)脂本身主要是離子型高吸水樹(shù)脂，因此其吸液性能必然要受到溶液中溶質(zhì)性質(zhì)的影響。溶液的離子強(qiáng)度越大，高吸水樹(shù)脂的吸水能力越差。離子強(qiáng)度相同的Na+鹽中，高吸水樹(shù)脂平衡吸附量大小順序?yàn)椋篘a3PO4、Na2CO3、NaCl和NaBr、NaCl、NaF。在等離子強(qiáng)度的 Cl-鹽溶液中，高吸水樹(shù)脂的平衡吸附量由大到小順序依次為：LiCl、NaCl、KCl和NaCl、FeCl3、CuCl2。

[1]賈振宇,崔英德,黎新民,等.聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂的改性研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2004, 23(5):468-471.

[2]謝建軍,劉新容,梁吉福,等.吸水樹(shù)脂吸附分離研究進(jìn)展[J].高分子通報(bào),2007,20(9):52-58.

[3]董延茂,路建美,鮑治宇.淀粉接枝聚合物的合成與性能研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,36(9):1161-1163.

[4]劉新容.丙烯酸-丙烯酰胺高吸水樹(shù)脂溶液共聚合成與吸液吸附性能研究[D].湘潭:湘潭大學(xué),2006.

[5]溫國(guó)華,王莉莉,孫國(guó)強(qiáng).玉米淀粉接枝丙烯酸鹽合成含鉀的高吸水樹(shù)脂及其性能研究[J].膠體與聚合物,2004,22(2):17-19.

Comparison of Properties of Carboxymethyl Starch Superabsorbent in Salt Solutions*

WURENQIMUGE, ZHENG Yu-xia, FU Yuan

(Inner Mongolia Chemical Engineering Professional College, Inner Mongolia Hohhot 010070, China)

High water absorbent resin was prepared using carboxymethyl potato starch as raw materials, and its absorption properties in different salt solutions were compared. The results showed that the higher the ionic strength of the solution, the worse the water absorption ability of the super absorbent resin. In the plasma intensity of sodium salt, the equilibrium adsorption was amount of the superabsorbent in the order of NaBr, NaCl, NaF and Na3PO4, Na2CO3, NaCl. In the plasma intensity of chlorine salt solution, the equilibrium adsorption was amount of the superabsorbent in the order of LiCl, NaCl, KCl and NaCl, FeCl3, CuCl2.

Carboxymethyl starch; super absorbent resin; salt solution

內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):HY2R1501)。

烏仁其木格(1973-)，女，講師，主要從事煤炭深加工與利用教學(xué)研究。

TQ424.3, TQ085.4

A

1001-9677(2016)014-0067-02