蒙脫石-聚丙烯酸鈉復(fù)合高吸水性材料合成及其在咸淡水環(huán)境中的吸水性能試驗(yàn).pdf

1、海水入侵是一個(gè)全球性的問題,我國的海水入侵形勢非常嚴(yán)峻,防止海水入侵刻不容緩。利用人工抽水井技術(shù),修建選擇性滲透反應(yīng)墻,用來阻擋海水從地下滲入陸地,同時(shí)攔截經(jīng)地下流入大海的淡水。本課題研究填充在截水墻中的遇淡水膨脹、咸水收縮的鹽敏性物質(zhì),通過這種填充物質(zhì)對(duì)海水、淡水的鹽敏性變化,改變主體滲透反應(yīng)墻的透水率,應(yīng)用于防治海水入侵的研究。無機(jī)－有機(jī)復(fù)合高吸水性材料是鹽敏性材料的選擇之一,文中首先討論無機(jī)材料的選擇,及其在咸淡水環(huán)境下的膨脹性能

2、,進(jìn)而討論不同合成條件下的蒙脫石/聚丙烯酸鈉復(fù)合高吸水性材料在咸淡水環(huán)境中的膨脹性能,從而為鹽敏性材料的研究提供基礎(chǔ)資料。.
　　試驗(yàn)研究了NaOH、HCI、NaC1和CaC12等電解質(zhì)的加入量對(duì)蒙脫石懸浮液膨脹性的影響,通過離子色譜、體視顯微鏡和激光粒度分析技術(shù),研究了蒙脫石粒度變化與體積膨脹之間的關(guān)系;使用水溶液聚合法制備蒙脫石/聚丙烯酸鈉復(fù)合高吸水材料,將合成的吸水材料在咸淡水交替環(huán)境下進(jìn)行反復(fù)吸水試驗(yàn):通過單因素變量的方法

3、,分析兩種不同的蒙脫石對(duì)合成材料的吸水性能的影響;通過正交實(shí)驗(yàn)的方法,分析蒙脫石、交聯(lián)劑和引發(fā)劑的添加量(占丙烯酸單體重量的百分比)、中和度(NaOH與丙烯酸單體溶液的物質(zhì)的量比)、溫度等五因素對(duì)合成材料的吸水性能的影響程度;根據(jù)正交試驗(yàn)分析的優(yōu)化結(jié)果,采用單因素變量的方法分析蒙脫石的用量對(duì)合成材料吸水性能的影響;通過改變蒙脫石(MMT)的用量,在單體丙烯酸、引發(fā)劑過硫酸鉀、交聯(lián)劑N2N'-亞甲基雙丙烯酰胺、中和度、溫度不變的情況下,合

4、成蒙脫石/聚丙烯酸鈉復(fù)合高吸水材料;使用裝置測量在一定壓力下,蒙脫石的用量對(duì)復(fù)合高吸水性材料吸水膨脹的影響,以及不同的壓力對(duì)材料吸水膨脹的影響;使用連通器,測量在不同的靜水壓強(qiáng)下,蒙脫石的用量對(duì)高吸水材料咸淡水、淡咸水的反復(fù)吸水性能的影響;通過使用X射線衍射儀、紅外光譜儀、綜合熱重分析儀等測試手段,對(duì)合成的吸水材料進(jìn)行表征,對(duì)合成的材料進(jìn)行機(jī)理分析。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明,NaOH、HC1對(duì)蒙脫石懸浮液膨脹性影響不明顯,而NaC1和C

5、aCh對(duì)蒙脫石懸浮液的膨脹有明顯的抑制作用;而且CaC12對(duì)蒙脫石膨脹的抑制作用明顯強(qiáng)于NaC1,CaC12濃度比NaC1少了一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)即可達(dá)到相同的膨脹抑制效果;離子色譜分析顯示,CaC12溶液與蒙脫石混合后,懸浮液上清液中的Ca2+濃度減少,而Na+濃度增加,分析存在離子交換過程;經(jīng)激光粒度分析儀和體視顯微鏡觀察,電解質(zhì)的加入使顆粒之間產(chǎn)生了團(tuán)聚作用,改變了顆粒的粒徑,從而在宏觀上表現(xiàn)為蒙脫石懸浮液體積的減少;天然鈉基蒙脫石復(fù)合高

6、吸水性材料在咸淡水交替環(huán)境下的吸水性能優(yōu)于有機(jī)蒙脫石復(fù)合吸水材料;合成的優(yōu)化條件為丙烯酸單體36g,蒙脫石20wt％、引發(fā)劑0.1wt％、交聯(lián)劑添加量1.2wt％(占丙烯酸單體重量),中和度70％,溫度70℃,吸水材料在蒸餾水中吸水率為634.1g/g,3％NaC1溶液中吸水率為38.6g/g,材料的吸水性、反復(fù)性、穩(wěn)定性最好;0.6h之間時(shí),材料的膨脹體積變化很快,膨脹高度X速率變化接近直線,6h后膨脹速度變緩,速率變化呈曲線式增長;

7、當(dāng)外界壓力一定時(shí),MMT添加范圍在0wt％-20wt％(占丙烯酸單體質(zhì)量分?jǐn)?shù))內(nèi)時(shí),材料的吸水膨脹能力隨MMT含量的增加而增加,材料的凝膠強(qiáng)度提高;而當(dāng)MMT含量超過20wt％時(shí),壓力下復(fù)合材料的吸水膨脹能力顯著降低;MMT含量為20wt％的合成材料的膨脹能力最好;材料的吸水膨脹能力隨外界壓力的增加而逐漸降低,較未受壓力時(shí)的膨脹效果顯著降低;不同靜水壓強(qiáng)下,材料的吸水膨脹能力變化不明顯,說明靜水壓強(qiáng)對(duì)于材料的吸水膨脹影響不大;X射線衍射