咖啡壳纤维素接枝丙烯酸合成高吸水树脂的研究

作     者：王宇 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李如燕;王守刚

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：咖啡壳 纤维素 丙烯酸 吸水树脂 

摘      要：以云南产咖啡壳废弃物为原料制备天然可降解高吸水性树脂,将其用于园林绿化、废水处理以及农林建筑等领域,实现咖啡壳废弃物资源化再利用,达到变废为宝目的。本文主要的工作是:采用化学分离法对咖啡壳纤维素进行提取,并利用其与丙烯酸进行接枝制备高吸水性树脂,重点对纤维素提取工艺的优化、吸水树脂的制备及其结构、吸水机理等性能进行研究。具体研究内容如下:(1)以废弃咖啡壳为原料,采用化学分离方法提取咖啡壳纤维素,通过单因素和正交实验,分别探讨了不同反应条件对纤维素含量的影响,确定了提取纤维素的最佳工艺条件,即NaOH质量分数为4%、H202质量分数为10%、反应温度为40℃、反应时间为35min时,所提取的咖啡壳纤维素产量最佳,可达83.88%。分别采用FITR、SEM、XRD和吸液性能测试等手段对提取样品的成分、微观形貌、物相构型和吸液倍率进行了表征。结果表明:提取的样品成分中主要含有纤维素;提纯后的纤维素具有螺旋管状结构且比表面积明显增大,而晶体类型没有发生变化,仍然为天然纤维素Ⅰ晶型;在室温条件下,咖啡壳纤维素在自来水中的吸液倍率最大(可达65g/g),在0.9%NaCl溶液中的吸液倍率最低(约为58g/g),明显都高于天然棉纤维素的吸液倍率(40g/g)。(2)以咖啡壳为原料,经化学预处理得咖啡壳纤维素,采用水溶液聚合法以过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N-亚甲基双丙酰胺(NMBA)为交联剂,将丙烯酸(AA)接枝到咖啡壳纤维素的骨架上制备出高吸水性树脂。分别研究了纤维素、KPS和MBA的用量以及AA中和度对产物吸液倍率的影响。通过FTIR、XRD、SEM和DSC等手段分别对其结构和性能进行了表征。结果表明:最佳工艺条件下制备的树脂最大吸蒸馏水、自来水和生理盐水倍率分别可达436.2g/g、404.7g/g和198.1g/g,具有较好的吸水性和耐盐性;在较高温度下,还具有较好的保水性;FTIR、XRD和SEM的表征结果证明丙烯酸成功接枝到纤维素的骨架上;DSC的热分析结果表明合成的树脂具有较好的热稳定性。