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有机-无机多功能复合材料的制备及其防渗漏性能研究

有机-无机多功能复合材料的制备及其防渗漏性能研究

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作者：叶喜娥西北师范大学

学位级别：硕士

我国西北地区常年气候干燥,降雨量少而蒸发量大,且多数地区年均降雨量不足400 mm。同时,人多地少也是我国的基本国情。此外,我国可使用土地还在不断缩减,为了扩大生存空间只能使用沙地。由于许多未开发利用的沙地都处于干旱半干旱风沙... 详细信息

我国西北地区常年气候干燥,降雨量少而蒸发量大,且多数地区年均降雨量不足400 mm。同时,人多地少也是我国的基本国情。此外,我国可使用土地还在不断缩减,为了扩大生存空间只能使用沙地。由于许多未开发利用的沙地都处于干旱半干旱风沙影响地带,因此每年降水量很少,且50%的水分通过土壤渗漏而损耗;同时漏水沙地的灌溉渗漏损耗也很大,所以在缺水地区,防止土壤水分发生深层渗漏是一个必须重视的问题。目前,在缺水地区,集水设施主要为水窑和集水池,而这些设施主要由水泥建造,水泥与土壤相容性差,界面处易产生裂纹,容易坍塌。因此,防止集水设施和漏水沙地的水分渗漏是环境与社会可持续发展最为紧迫的问题之一。基于上述研究目的,本文应用环境友好的高分子材料羟丙基甲基纤维素、刺槐豆胶、木薯淀粉,以及自然界广泛分布、储量丰富的天然黄土和黏土矿物为主要原料,通过自由基接枝共聚法合成了三种多功能有机-无机复合材料。探讨了各合成工艺对复合材料相关性能的影响,并对复合材料的结构、形貌和热稳定性进行了表征及其应用性能的测试。本文的研究内容包括:1.以羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚琥珀酰亚胺(PSI)、部分中和的丙烯酸(AA)和坡缕石(palygorskite)为原料,通过水溶液聚合法得到了羟丙基甲基纤维素-接枝-聚(丙烯酸-共聚-聚天冬氨酸)/坡缕石(HPMC-g-P(AA-co-PASP)/palygorskite)多功能复合材料,并优化了合成反应参数。采用红外(FTIR)、扫描电镜(SEM)和热重分析(TGA)研究了材料的结构、形貌及热稳定性。考察了复合材料含量对土壤的持水保肥性和防渗漏性能的影响。结果显示,该材料具有良好的持水保肥性能,且可以有效地阻止土壤中的水分渗漏。2.以刺槐豆胶(LBG)、丙烯酸(AA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和坡缕石(palygorskite)为原料,通过自由基接枝共聚法制备了刺槐豆胶-接枝-聚(丙烯酸-共聚-N-乙烯基吡咯烷酮)/坡缕石(LBG-g-P(AA-co-NVP)/palygorskite)多功能复合材料。用FTIR、SEM和TGA研究了材料的结构、形貌变化及热稳定性。考察了复合材料含量对土壤持水保肥性以及防渗漏性。结果显示,该材料具有良好的持水保肥性能,且可以有效地阻止土壤中的水分渗漏。3.在水溶液中,通过接枝聚合木薯淀粉(CS)、部分中和的丙烯酸(AA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和坡缕石(palygorskite),成功合成了木薯淀粉-接枝-聚(丙烯酸-共聚-N-乙烯基吡咯烷酮)/坡缕石(CS-g-P(AA-co-NVP)/palygorskite)多功能复合材料,并优化了合成反应参数。用FTIR、SEM和TGA分析了材料的结构、表面形貌和热稳定性。对该材料在土壤中的最大持水率和最优保水率进行了研究;并对该材料在土壤中的保肥性和防渗漏性能进行了考察。结果显示,该材料具有较好的土壤持水保肥性,同时可有效阻止土壤中的水分渗漏。因此,所制备的材料可适用于农业用水管理和荒漠化防控。

关键词：多功能复合材料吸水倍率土基保肥材料持水保肥土基防渗漏材料

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