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.pdf

1、海水入侵是一個全球性的問題,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－有機復(fù)合高吸水性材料是鹽敏性材料的選擇之一,文中首先討論無機材料的選擇,及其在咸淡水環(huán)境下的膨脹性能

2、,進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。.
　　試驗研究了NaOH、HCI、NaC1和CaC12等電解質(zhì)的加入量對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)境下進行反復(fù)吸水試驗:通過單因素變量的方法

3、,分析兩種不同的蒙脫石對合成材料的吸水性能的影響;通過正交實驗的方法,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)、溫度等五因素對合成材料的吸水性能的影響程度;根據(jù)正交試驗分析的優(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,蒙脫石的用量對復(fù)合高吸水性材料吸水膨脹的影響,以及不同的壓力對材料吸水膨脹的影響;使用連通器,測量在不同的靜水壓強下,蒙脫石的用量對高吸水材料咸淡水、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,對合成的吸水材料進行表征,對合成的材料進行機理分析。
　　試驗結(jié)果表明,NaOH、HC1對蒙脫石懸浮液膨脹性影響不明顯,而NaC1和C

5、aCh對蒙脫石懸浮液的膨脹有明顯的抑制作用;而且CaC12對蒙脫石膨脹的抑制作用明顯強于NaC1,CaC12濃度比NaC1少了一個數(shù)量級時即可達(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,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,MMT添加范圍在0wt％-20wt％(占丙烯酸單體質(zhì)量分?jǐn)?shù))內(nèi)時,材料的吸水膨脹能力隨MMT含量的增加而增加,材料的凝膠強度提高;而當(dāng)MMT含量超過20wt％時,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,較未受壓力時的膨脹效果顯著降低;不同靜水壓強下,材料的吸水膨脹能力變化不明顯,說明靜水壓強對于材料的吸水膨脹影響不大;X射線衍射