甲基纤维（精选九篇）
甲基纤维 篇1
羧甲基纤维素 (Carboxymethyl Cellulose, 简称C M C) 是一种由天然纤维素经化学改性得到的一种阴离子型高分子化合物, 被广泛应用于石油、食品、医药、纺织、造纸等工业中。近年来, 随着国民经济的迅速发展, CMC的需求量正不断增长。而且由于其优异的性能和宝贵的胶体化学性质, 还在不断开拓新的应用领域, 市场前景极为广阔, 潜力巨大[1]。本文对CMC的生产技术发展现状作了综述, 总结了提高产品性能, 降低生产成本的方法, 并对其发展前景作了展望。
2 羧甲基纤维素的传统制备方法
C M C的传统生产工艺分为水媒法和溶媒法两大类。在碱化和醚化反应过程中不加有机溶剂, 以水为反应介质的方法称为水媒法, 用于生产碱性低档CMC。加入有机溶剂作为反应介质的方法称为溶媒法, 适用于生产中高档CMC[2]。
1940年德国I.G.F a r b e n公司最先使用水媒法。该法优点是设备简单、投资少、成本低。缺点是:所得产品含盐量大, 水分高、呈碱性, 系中低档CMC产品[3]。
溶媒法省去了水媒法固有的浸碱, 压榨, 粉碎, 老化等工序, 碱化, 醚化均在捏合机中进行。反应过程的传热、传质迅速、均匀、稳定, 主反应快, 副反应少。该法所得产品的均一性、透明度及溶解性能都很好。
但溶媒法使用昂贵的有机溶剂作介质, 而且需要增加溶剂回收系统, 从而使得制造成本有所升高。另外, 由于该工艺方法中, 反应是在两种相态下进行, 其产品均匀性仍然受到很大程度的限制。因此, 人们在这两种生产工艺的基础上, 进行了很多改进和探索。
3 羧甲基纤维素生产技术的研究进展
3.1 新原料
传统工艺制备CMC的原料主要为棉短绒。近年来原材料供应日益紧张, 原料价格偏高, 致使CMC的生产成本偏高。因此, 近年来国内外纷纷开发以非棉纤维为原料的CMC产品。这些新原料有的是来源丰富的天然植物, 有的则是工业下脚料。用它们制备CMC可以使生产成本大大降低, 尤其是用工业下脚料作原料还能变废为宝, 在获得可观经济效益的同时缓解工业对环境的压力。
目前可用于制备CMC的原料有桉树木浆、天然植物秸秆类 (如麦秸秆、棉花秸秆、玉米秸秆) 、木屑、甜菜粕、纸浆、废棉布、橘子皮、以及蔬果残渣 (如豆渣、苹果渣、荸荠渣、甘蔗渣) 等[4,5,6,7]。尤其值得一提的是农作物秸秆, 中国具有丰富的农作物秸秆资源, 仅2005年产量就达6~7亿吨。如果能将秸秆资源转化成羧甲基纤维素产品, 具有极其重要的意义。
3.2 原料预处理技术的进展
当采用上述新原料制备CMC时, 应先除去木质素、半纤维素以及其他杂质, 以保证产物的纯度。目前最常用的是碱蒸煮法。该法根据使用的碱液的不同又分为石灰法、烧碱法和硫酸盐法。
在许多原料尤其是秸秆类原料中, 木质素、纤维素、半纤维素之间强烈的化学连接作用及分子内的氢键作用, 是阻碍秸秆中羟基发生羧甲基化反应的重要因素。对这类原料可采用蒸汽爆破处理, 即将一定湿度的纤维素放入蒸汽爆破器, 利用高温热蒸汽进行加压, 保压一定的时间后瞬间泄压。植物原料经过蒸汽爆破时高温高压水蒸气的蒸煮和释压时的气流冲击作用后, 细胞壁结构被破坏, 而且该法使得纤维素的孔隙增大, 反应物的比表面积增大, 反应可及性增加[8]。
3.3 漂白技术的进展
在制备CMC的过程中, 由于上述新原料中有很多都是颜色较深的, 会影响最终产品的外观, 所以大多需进行漂白处理。传统工艺中最常用的漂白剂是次氯酸钠或过氧化氢中的一种。两种漂白剂都会使物料发生一定程度的降解, 导致产品粘度下降。
孙一峰[9]等发现, 将次氯酸钠和双氧水合用, 可以生成一种叫单一态氧 (1O2) 的物质, 它是O2的激发状态, 具有较好的漂白能力, 同时不会使物料发生剧烈降解, 产品粘度较高。
近年来国内外造纸工业中流行一种叫“全无氯”的漂白技术 (Totally Chlorine Freebleached, 简称TCF技术) , 用来处理纸浆类原料。
3.4 对溶媒法工艺的改进
目前, 国内外大多数厂家都使用溶媒法生产CMC。但该法还存在一些问题, 如反应均匀程度不能满足某些高档品的要求, 产品的透明度、溶液流变性、抗腐败能力不够理想等, 且产品完全没有耐二价盐能力, 在稍有Ca2+和Mg2+存在时, 产品的溶液粘度会大幅度降低。针对以上问题, 国内外纷纷对溶媒法工艺做出改进, 以提高产品的性能。
(1) 加料方式的改进:一种比较流行的方法是多次加碱法, 以便使碱得到更充分的利用。生产实践证明, 多次加碱法明显优于一次加碱法, 它制得的产品有较高的氯乙酸利用率, 较好的透明度, 更好的取代分布均匀性, 更好的抗腐败能力, 更好的耐二价盐能力[1]。类似的还有多次醚化法, 即分多次加入醚化剂, 也能使醚化剂的利用效率更高, 从而提高产品的质量。
(2) 微波辐照法:微波技术已成功地应用于有机化学、无机化学及高分子化学等化学领域, 形成了一门微波化学。
叶君[10]等人研究发现:在制备CMC的过程中, 对反应物进行适当的微波辐照, 可提高碱化和醚化速度, 降低副反应的影响, 提高醚化均匀度。对醚化过程影响较大。并且当两个过程均采用微波辐射时, 产物的取代度最高, 说明微波辐射照在这两个过程中具有“协同效应”。
谭凤芝[11]等以废弃棉为原料, 在微波辐照下制得羧甲基纤维素, 并研究了微波辐照的强度和方式对产品取代度的影响。结果表明:微波辐照的输出功率在200W为宜, 他们还发现短时间多次辐照的效果不如长时间少次辐照的效果好。
(3) 淤浆法:淤浆法是制备CMC的较新方法, 不仅可以生产精制级的CMC, 还可以生产取代度很高的聚阴离子纤维素 (PAC) 。淤浆法的特点是有很高的液固比, 其所用的有机溶剂约为纤维素量的10~30倍, 固体反应物在体系中呈悬浮状态, 故又称悬浮法。纤维素借助搅拌器在高浴比的条件下与碱液和醚化剂充分接触, 进行均匀的碱化和醚化反应。与传统的捏合机工艺相比, 淤浆法的反应过程中介质传热, 传质快速均匀, 主反应快, 副反应受到抑制, 反应的稳定性, 均匀性都有所提高, 而且可以降低醚化剂的消耗, 产品品种也较多, 通过调整反应条件, 可以生产特低和特高粘度的产品, 以及取代度高达0.8~2.2的产品, 是整个纤维素醚工业的发展方向[5]。
3.5 溶液法
C M C制备工艺的另一个重要发展方向是进一步探寻能够使纤维素溶解成为均一稳定的溶液的溶剂, 从而使纤维素的碱化、醚化反应在均相状态下进行, 使醚化反应趋于按照化学计量进行的“溶液法”, 用来制备超高取代度的CMC。早在1977年, Nicholson和Johnson[12]便报道了在DMSO/PF溶剂体系中, 可用钠纤维素与溴醋酸甲酯反应制备低取代度的CMC。但可溶解纤维素又不使纤维素本身发生变化的溶剂并不多, 直到20世纪80年代, 随着新的溶剂体系的不断涌现, 德国的Philipp和美国的Mc Cormick[13]才分别用N-甲基吗啉-N氧化物和N, N-二甲基乙酰胺/氯化锂溶剂体系制备高取代的羧甲基纤维素。
4 结语
传统的羧甲基纤维素生产工艺存在很多不足, 近年来, 根据对反应影响因素的分析和研究, 国内外涌现出了很多改进工艺和全新工艺。采用价廉易得的生物原料、尝试精制原料的新方法、提高反应效率、探索均相反应以及与其他工艺耦合等是当前羧甲基纤维素生产技术的主要研究方向。
甲基纤维 篇2
摘要：以羧甲基纤维素(CMC)为主要原料,在引发剂和催化剂的`共同作用下,与异丙基丙烯酰胺(NIPAM)进行接枝共聚反应合成改性CMC絮凝剂.考察了各反应因素对絮凝剂接枝率的影响,得到最佳反应条件:反应温度为75℃、单体NIPAM浓度为20%、NIPAM与CMC的质量比为3.0、反应时间为3.5 h.利用改性CMC絮凝剂处理废水,在投药量为25 mg/L、pH值为9时,处理效果最好,处理工艺简单、实用性强,能满足城市生活废水处理要求.作 者：郭红玲 李新宝 作者单位：华北水利水电学院,河南,郑州,450011 期 刊：人民黄河 PKU Journal：YELLOW RIVER 年，卷(期)：2010, 32(9) 分类号：X505 关键词：絮凝剂 CMC NIPAM 接枝共聚 水处理★ 离子强度对粘土和改性粘土絮凝去除水华铜绿微囊藻的影响
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甲基纤维 篇3
关键词：压载水检测；羧甲基纤维素钠；黏度；异弯藻运动
中图分类号：X736.3文献标志码：A文章编号：16717953(2009)03001903
船舶压载水由于混有外来生物而造成当地的生态失去平衡，已成为日益严重的生态问题，并引起了许多国家的关注。许多国家的研究表明，许多水生物、植物以及细菌能在船舶压载水和沉渣中生存，有的经过60天的旅行仍然能够成活。对于压载水检测，基于目前的实验条件，传统水质检测微生物大多使用常规显微镜检测，但是压载水中许多微生物具有较强的运动能力，如不采取措施限制微生物的运动，常规显微镜无法达到检测的目的，故需要对待检测的微生物进行固定。固定材料选择的一般原则是：固定微生物的操作过程简单；固定材料的水溶液应无色透明；粘度适中；化学稳定性较好；固定微生物后对其无毒；廉价易得。传统的化学药剂固定待检微生物的方法主要是采用海藻酸钠和聚乙烯醇溶液限制微生物的运动，但是海藻酸钠溶液颜色过深，不利于观察和镜检计数，而聚乙烯醇溶液在高浓度时容易产生气泡，浓度变小，黏度又较小，影响计数。故本文尝试选用羧甲基纤维素钠溶液来限制浮游藻类的运动，以便于观察和提高提高计数的准确性。
1、海藻酸钠，聚乙烯醇及羧甲基纤维素钠溶液理化性质实验
1.1实验仪器和试剂
本实验所用的药剂海藻酸钠，羧甲基纤维素钠，聚乙烯醇PVA124均为国药集团化学试剂有限公司生产。配置好的羧甲基纤维素钠溶液，海藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液，平式毛细管黏度计，烧杯，秒表，恒温水浴锅。
1.2色度，黏度实验
分别配制海藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液，羧甲基纤维素钠溶液，并测定3种溶液的黏度，进行对比。
1.3活性实验
分别使用配置好的羧甲基纤维素钠溶液，海藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液与异弯藻溶液混合，观察异弯藻活性变化。
1.4实验结果分析
1.4.1色度对比
配置海藻酸钠溶液的过程中，产生大量的气泡，且海藻酸钠溶液颜色较深，对于镜检过程会产生较大的影响。配置的海藻酸钠溶液在常温下不会凝固，取用方便。聚乙烯醇溶液在配置过程中溶解缓慢，且溶解度较小，在室温下会产生一些结晶物附着在烧杯瓶壁上，聚乙烯醇溶液无色透明。羧甲基纤维素钠溶液无色透明，溶解度好。
1.4.2黏度对比
具体的羧甲基纤维素钠溶液，海藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液3种溶液的黏度值见表1。溶液及混合液的黏度的测定用平式毛细管黏度计测定。数据表明，羧甲基纤维素钠溶液具有较好的粘度值，相同浓度下的羧甲基纤维素钠溶液比海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液的黏度值都高。
1.4.3黏温性研究
海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液随着温度的升高，黏度基本呈线性降低。在本实验中，实验温度不可能太高，否则在与藻液混合时，可能会将其中的藻类灭活，影响检测结果。故在本次实验中，选择温度不超过45℃。尽量在接近室温的各种温度状态下测定羧甲基纤维素钠溶液的黏度随温度的变化情况，结果如表2所示。
由表2可以看出，浓度一定的羧甲基纤维素钠溶液的黏度随温度的升高而降低，当温度在35～40℃时，其黏度受温度变化的影响很大，溶液黏度随温度的降低而增大得十分迅速。
2、海藻酸钠，聚乙烯醇及海藻酸钠对异弯藻活性实验
将海藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液及羧甲基纤维素钠溶液分别加入到异弯藻溶液中，均能抑制微生物的运动能力。但另一方面，须避免加入的试剂杀死微生物，避免影响到对微生物个体的测定。海藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液及羧甲基纤维素钠溶液与异弯藻溶液混合后1h后，在显微镜下观察到异弯藻仍具有运动的能力。因此在本次实验中可以认为3种溶液对异弯藻的活性基本无影响。
3、羧甲基纤维素钠溶液限制异弯藻运动实验
3.1实验设备及仪器
本实验所用的异弯藻购自中国科学院海洋研究所，这种藻具有鞭毛，运动能力较强，是比较典型的赤潮藻。藻的培养条件：温度20℃；光照度20001X；光照时间12h；培养基为不加硅酸盐的f/2培养液。所用的药剂海藻酸钠，羧甲基纤维素钠，聚乙烯醇PVA124均为国药集团化学试剂有限公司生产。
显微镜，计数框，烧杯，移液器，移液管，秒表，平氏毛细管黏度计，蒸馏水，配置好的羧甲基纤维素钠溶液，海藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液，恒温水浴锅。
3.2实验内容
根据开始的预备实验，选用黏度适中，色度较好的羧甲基纤维素钠溶液与异弯藻液均匀混合。将羧甲基纤维素钠溶液与异弯藻溶液在小烧杯内混合，其混合比例从1:1开始，向两端逐次变化， 3:4:1：1.5:1，2:1:3，根据实验实际情况，可以逐步缩小比例划分间隔。固定剂和异弯藻溶液混合均匀后，用移液器取1ML混合液加入计数框内，立即放在显微镜下观察藻的运动状态，静置10分钟后，再观察检验固定剂的固定效果，观察过程中调节显微镜细调螺旋并移动载物台，以观察不同深度、不同视野区域藻细胞的运动情况。
3.3羧甲基纤维素钠溶液的浓度选择
羧甲基纤维素钠水溶性具有很好的粘滞性，在常温下不同浓度的羧甲基纤维素钠溶液的黏度变化见图1。
由图1可以看到，在温度一定的情况下，羧甲基纤维素钠溶液的黏度随浓度的增加而增大，基本呈直线增长的态势，即只需选择合适浓度的羧甲基纤维素钠溶液就可以满足实验的要求。 根据本实验的要求，选用1%浓度的羧甲基纤维素钠溶液。
3.4羧甲基纤维素钠溶液与异弯藻溶液的配置比
羧甲基纤维素钠溶液对于异弯藻溶液的限制效果较为明显，但是在与异弯藻溶液混合时，存在一个最低混合比，在该混合比下，既能达到固定的目的，同时对藻的稀释倍数最低。同时为了便于评价固定效果，在本实验中，选取显微镜观察视野下的几个异弯藻为参照，比较异弯藻溶液与羧甲基纤维素钠溶液按比例混合后，静置5min后异弯藻的运动速度变化情况。具体数值参见表3。由表3可以看到，在混合比为1：1时，粘度值较好，且异弯藻的运动速度最小，对于在显微镜下的异弯藻计数基本无影响。
4、结论及展望
本实验证明，羧甲基纤维素钠溶液可以作为限制异弯藻运动较好的固定剂，与海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液相比，羧甲基纤维素钠溶液色度好，黏度合适，配置简单，操作方便。且在本实验中，浓度为1%的羧甲基纤维素钠溶液对异弯藻溶液的限制效果最好，和异弯藻溶液的比例为1：1时最佳，羧甲基纤维素钠具有优良的水溶性，已广泛应用于石油、地质、日化、轻工、食品、医药等工业中，应用前景十分宽广。但使用羧甲基纤维钠溶液容易产生油膜，影响视镜，控制好配置比及温度，可以消除油膜的出现。
但同时在羧甲基纤维素钠应用时需要注意的问题，如：毒性、有害性等、时效等，仍需要进一步的实验研究。
参考文献
［1］ ZK(#GOLLASCHS. A new ballast water sampling device for sampling organisms above 50 micro［J］.Aquatic Invastions，2006，19(2):46-50.
［2］ 王建龙.生物固定化技术与水污染控制［M］.北京：科学出版社，2002.
［3］ 汪学荣，阚建全，邓尚贵.羧甲基纤维素钠在食品工业中应用及研究现状.粮食与油脂 ［J］. 2006(3).
［4］ 何培民.海藻生物技术及其应用［M］.北京：科学出版社，2002.
甲基纤维 篇4
1 实验部分
1.1 原料
羧甲基纤维素钠,钛酸四丁酯和冰醋酸等试剂均为市售化学纯和分析纯药品。
1.2 羧甲基纤维素钠/TiO2复合膜的制备
通过钛酸四丁酯水解的方法得到胶体TiO2溶液[8]。取一定量的羧甲基纤维素钠(CMC)溶于蒸馏水中,加热搅拌使CMC完全溶解,得到质量百分比为20%的CMC水溶液,并与胶体TiO2溶液在室温下共混,得到羧甲基纤维素/TiO2共混溶液,共混溶液在玻璃板上流延成膜,并用水洗至中性,干燥后得到羧甲基纤维素/TiO2复合膜(CMC/TiO2),以下简称复合膜。称一定量干燥的复合膜放入坩埚中,并在马弗炉中煅烧,煅烧温度为700 ℃,煅烧时间为4 h,冷却恒重后称量。按下式计算复合膜中TiO2的质量分数:
W(TiO2)=m2/m1×100%
式中m1为复合膜的质量(g),m2为复合膜煅烧后的TiO2质量(g)。
1.3 X-射线分析
对复合膜经煅烧后的TiO2粉末分别作X-射线衍射分析(D/MAX),采用Cu Kα射线(λ=0.15405 nm),电压为40 kV,电流为30 mA,扫描范围为2θ=4°～90°,扫描速率为4 °·min-1。
1.4 TiO2晶体的形貌
将复合膜煅烧后的TiO2晶体作喷金处理,用电子扫描电镜(SEM,S-570)观察其形貌。
1.5 光催化降解速率的测定
在日光照射下,不同TiO2质量分数的复合膜分别放置在烧杯中,加入已知浓度的甲基橙溶液。利用721分光光度计测量不同时间内甲基橙溶液的吸光度(λmax=463 nm),利用甲基橙工作曲线算出其浓度,得到复合膜的光催化降解率D。
D=(A0-A)/A0×100%=(C0-C)/C0×100%
式中:A0和A分别为甲基橙溶液的起始吸光度和光照一定时间后的吸光度;C0和C是甲基橙溶液初始浓度与光照后浓度(mol·L-1)。
1.6 复合膜的性能表征
透光率:将复合膜裁成4 cm×2 cm的片,固定在2401-PC紫外-可见光分析仪的测量槽上,在200～800 nm波长范围内测量复合膜的透光率。
溶胀率:称取一块尺寸为5 cm×5 cm的干燥复合膜,将其浸泡在蒸馏水中,24 h后用滤纸吸去膜表面水分后称量,按下式计算复合膜的溶胀率:
溶胀率/%=(m4-m3)/m3×100%
式中m4为复合膜吸水后的质量(g),m3为干燥复合膜的质量(g)。
热稳定:将w(TiO2)=5.88%的复合膜在微机差热天平(WCT-2C)中测定其热稳定性。测试过程中采用氮气保护,升温速率为20 ℃·min-1,扫描范围为室温至700 ℃,记录DTA、TG和DTG变化曲线。
2 结果与讨论
2.1 TiO2的晶体结构
图1为复合膜煅烧后的TiO2粉末的X-射线衍射图。出现2θ=20.85°、25.20°、26.64°、33.02°等TiO2晶体衍射峰,表明复合膜经煅烧后,羧甲基纤维素钠等有机物已被完全分解,只残留下TiO2晶体,所得的TiO2主要为锐钛矿晶型。
2.2 TiO2晶体的形貌
图2为复合膜经马弗炉煅烧后的TiO2晶体的扫描电镜照片。TiO2为厚度300～1000 nm的柱状晶体及其团聚体,柱状晶体呈平行辐射状生长,表明CMC膜可诱导柱状纳米TiO2的形成。由于TiO2具有大量表面羟基,TiO2与CMC的羧基和羟基能形成较强的氢键等分子间相互作用力,使TiO2能均匀分散在CMC膜内。在煅烧过程中,复合膜内的CMC被全部分解,留下柱状TiO2晶体之间的空隙。这类多层的柱状纳米TiO2具有较大的光接触面积,使复合膜具有较好的光催化性能。
2.3 复合膜的光催化性能
在太阳光照射下,不同TiO2质量分数的复合膜对甲基橙水溶液均有较好的光催化效果,如图3所示。复合膜在35 min内,对甲基橙水溶液的光催化降解率(D)为50%。与已报道的紫外光为光源催化降解甲基橙水溶液的结果相比,复合膜的D略低。因为太阳光中只有部分紫外光。单纯的CMC膜则无明显的光催化降解效果,表明复合膜对甲基橙的降解作用主要通过膜内TiO2的光催化降解来实现。随着TiO2质量分数从3.61%增加到8.05%,复合膜的D逐渐增加,表明可通过提高复合膜内TiO2的质量分数来提高复合膜的光催化降解能力。
2.4 复合膜的溶胀性能
表1为不同TiO2质量分数w(TiO2)的复合膜的溶胀率测定结果。随着复合膜中TiO2的质量分数从3.61%增加到8.05%,复合膜的溶胀率从125%增加到206%。原因可解释为TiO2中的TiO键的极性较大,其表面吸附的水因极化发生解离而形成羟基,使纳米级TiO2具有表面超亲水性。因此,随TiO2质量分数的增加,复合膜的溶胀率也持续增加。这种性能将有利于TiO2从复合膜内释放到甲基橙溶液内,使复合膜具有良好的催化降解能力。
2.5 复合膜的透光率
复合膜在可见光区域(400～800 nm)具有较高的光透过率,其透光率(T)为40%～60%,如图4所示。随着复合膜内TiO2质量分数的增加,膜的透光率逐渐降低。原因为复合膜内的TiO2粒子能反射部分可见光,导致复合膜的透光率降低。此外,复合膜的外观呈透明和半透明,表明TiO2能均匀分布在复合膜内。
2.6 复合膜的热稳定性
图5为复合膜在氮气氛围下的DTG、TG和DTA的曲线谱图。复合膜的热失重主要分为3个阶段。室温至211 ℃的热失重主要为复合膜残余水分的挥发和CMC的部分降解。211 ℃至333 ℃的失重为TiO键的断裂[6],证明了纳米TiO2通过其表面羟基与CMC的羧基和羟基能形成分子间相互作用。333 ℃以上的失重归结为CMC的分解。复合膜的DTA结果表明在246 ℃和272 ℃存在放热峰,为复合膜内CMC分解后放出大量热所致。与CMC膜在230 ℃和256 ℃存在的放热峰相比较,复合膜的热分解温度得到提高。
3 结论
通过流延成膜的方法,羧甲基纤维素与胶体TiO2的混合溶液能制备出羧甲基纤维素/TiO2复合膜。复合膜内TiO2为300～1000 nm厚的柱状晶体及其团聚体。在日光照射下35 min,复合膜对甲基橙水溶液的光催化降解率达到50%。随着复合膜中TiO2的质量分数从3.61%增加到8.05%,复合膜的溶胀率从125%增加到206%,复合膜在400～800 nm可见光范围的透光率为40%～60%。复合膜的热稳定性比单纯的CMC膜好。本工作的复合膜可完全生物降解,为利用太阳光快速催化降解甲基橙等工业污水提供一种方法。
致谢:感谢江汉大学博士基金和学生学术科技项目的资助。
参考文献
[1]张俐娜.天然高分子改性材料及应用[M].北京:化学工业出版社,2006.
[2]杨立群,甄捷鹏,旷建良.等.含胆固醇基的两亲性羧甲基纤维素钠衍生物[J].纤维素科学与技术,2007,15(1):1-5.
[3]Li,Q.,Su,H.,Li,J,et al.Studies of adsorptionfor heavymetal ions and degradation of methyl orange based on thesurface of ion-i mprinted adsorbent[J].Process Biochem-istry,2007,42:379-383.
[4]肖东昌,夏慧丽,张涛,等.镧硫共掺杂Ti O2光催化剂的制备及其可见光活性研究[J].化工技术与开发,2007,36(3):4-7.
[5]王勇,张昊,张军,等.纳米Ti O2/再生纤维素复合薄膜的制备及光催化性能[J].复合材料学报,2007,24:35-39.
[6]Uddin,M.J.,Cesano,F.,Bonino,F.,et al.PhotoactiveTi O2fil ms on cellulose fibres:synthesis and characteriza-tion[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A:Chemistry,2007,189,286-294.
[7]何晓云,郑曦,陈日耀,等.纳米Y2O3/Ti O2羧甲基纤维素(CMC)负载膜光降解偶氮染料的研究[J].福建师范大学学报(自然科学版),2005,21:31-34.
甲基纤维 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
所有病例均为我科住院病例, 共63例, 并根据重症肺炎的诊断标准, 胸片或胸部CT检查均符合重症肺炎合并肺纤维化诊断。随机分两组, 治疗组31例, 对照组32例。经统计学处理两组病例性别、年龄、临床病情程度等均无显著差异 (P>0.05) 。
1.2 方法
两组患者均采用抗感染治疗, 及止咳化痰、降温、吸氧等对症处理。治疗组在上述治疗基础上加用大剂量甲基强的松龙冲击治疗, 剂量200毫克/次, 每日2次, 连用3次。根据情况逐渐减量。观察观察两组患者发热、咳嗽、喘憋、肺部罗音消失时间, 并动态检测血气分析, 定期检查胸片或肺CT, 观察影像学改变情况。
1.3 统计学处理
采用χ2检验及t检验。
2 结果
两组患者住院治疗后主要临床观察指标缓解天数及住院时间比较, 结果见表1, 治疗组在发热、气促、肺部罗音消失时间及住院时间上均优于对照组 (P<0.01) , 治疗中未发现不良反应。
血气分析动态检测入院时PaO2<6.67kPa或PaCO2>5.5kPa者治疗组15/31例, 对照组13/32例 (P>0.05) 24~48h复查治疗组恢复正常12例, 对照组恢复正常7例 (P<0.01) , 显示治疗组PaO2, PaCO2恢复较对照组明显快, 差异显著 (P<0.05) 。
胸片或肺部CT检测两组患者在临床症状好转, 出院前复查影像学检测, 治疗组胸片或肺部CT恢复正常时间为7.45, 对照组为10.67 (P<0.01) , 有显著性意义。
3 讨论
重症肺炎合并肺纤维化系复杂的炎性致病因素导致免疫调节紊乱, 氧自由基损伤, 胶原代谢失衡, 病理特征为弥漫性肺泡炎, 早期出现肺泡炎, 肺泡内有浆液和细胞成分, 肺间质内有大量单核细胞, 部分淋巴细胞, 浆细胞, 肺泡巨噬细胞等炎性细胞浸润, 肺泡结构完整。进入晚期, 慢性炎症已减轻, 肺泡结构为坚实的胶原代替, 肺泡壁被破坏, 形成扩张的蜂窝肺。亦可见新月形影、胸膜下线状影和极少量磨玻璃影, 多数患者上述影像混合存在, 在纤维化严重区域常有牵引性支气管和细支气管扩张[1]。胶原、细胞外基质、成纤维细胞分布在间质中, 肺泡上皮化生为鳞状上皮。基于以上病理变化, 临床上多表现为进行性呼吸困难或伴有刺激性干咳, 胸部X线显示两中下肺野网状阴影, 肺功能为限制性通气功能障碍。病情呈持续性进展, 最终因呼吸衰竭而死亡[2]。
大剂量甲基强的松龙静脉 (MPSS) 输注后血浓度可升到5mg/L左右, 其半衰期为3h, 24h后血浓度尚保持20μg/L, 并以活性形式存在, 无需经肝脏转化即可发挥其生物效应[2]。MPSS可降低毛细血管的通透性, 减少胶体、电解质及细胞等渗出血管外, 使病灶部位渗出液和炎性细胞浸润减少, 水肿消退, 而细胞的吞噬作用和细胞内杀灭活力不受影响, 利于炎症消退。炎症反应是受损细胞产生炎症介质所促进, MPSS可通过其抗蛋白合成作用, 抑制受损细胞形成炎症促进因子, 从而降低其炎症反应。MSPP还有利于肺表面活性物质的生成, 防止小气道萎陷和气体滞留, 保持小气道稳定。本治疗组31例, 经及时应用大剂量甲基强的松龙冲击治疗, 临床呼吸困难很快得以改善, 咳嗽、气促、肺部体征缓解亦较快, 胸片阴影消退时间缩短, 从血气分析动态检测显示入院时PaO2<6.67kPa或PaCO2>5.5kPa, 治疗组较对照组恢复明显增快 (P<0.01) , 差异非常显著。感染时炎症渗出物中的细菌和嗜中性粒细胞均释放致热原, 作用于下丘脑体温中枢, 引起发热MPSS可抑制致热原的释放, 并可直接作用于体温中枢, 可使热度下降或防止发热。从我们的临床观察发现, 治疗组热退时间明显短与对照组, 差异显著。MPSS还可在稳定细胞膜和溶酶体膜基础上保护机体细胞及亚细胞结构, 阻止内毒素进入细胞, 减轻细菌内毒素对机体的损害, 缓解内毒素毒血症的症状。并可与内毒素主要成分脂多糖结合, 使其失去毒性。因此, 重症肺炎在合并肺纤维化时恰当地使用大剂量甲基强的松龙, 通过其抗炎、抗免疫、抗内毒素作用, 缓解毒血症, 对于临床症状缓解, 病情恢复, 有积极作用, 且观察发现, 使用安全, 有较好的应用前景。
关键词：甲基强的松龙,重症肺炎,肺纤维化
参考文献
[1]中华医学会呼吸病学分会.特发性肺 (间质) 纤维化诊断和治疗指南 (草案) [J].中华结核和呼吸杂志, 2002, 25 (7) :387-389
甲基纤维 篇6
常用的去除工业废水中金属离子的方法主要有还原-沉淀法、离子交换法、吸附法等, 这些方法因沉淀难处理、费用昂贵, 其应用受到了限制[1]。
羧甲基纤维素 (CMC) 是以天然纤维素为基本原料, 经过碱化、醚化反应而生成的一种电解质聚合物, 分子结构中含有能够键合金属离子的羧基, 因而对多数重金属离子有较好地吸附处理效果。
本研究以羧甲基纤维素为主要原料, 以过硫酸铵为引发剂, 以N-N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂, 同时以丙烯酸 (AA) 、丙烯酰胺 (AM) 、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵 (CHPTAC) 等为改性剂, 在一定条件下进行接枝共聚, 制备了改性天然高分子有机吸附剂, 并对合成条件进行工艺优化, 得出了较佳的合成工艺条件, 在此基础上对其吸附去除水中重金属离子Cr6+的处理效果进行研究, 以期为工业生产和工程应用提供参考。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
实验仪器:ZNCL-G5水浴磁力搅拌器 (上海越众) ;HH-4数显恒温水浴锅 (北京中兴) ;ZRD-5210电热鼓风干燥箱 (上海智诚) ;FW-400A高速万能粉碎机 (北京中兴伟业) ;ZHWY-200C智能恒温摇床 (上海智诚) 。
实验试剂:化学纯羧甲基纤维素钠 (CMC) 、丙烯酸 (AA) ;分析纯过硫酸铵、N-N-亚甲基双丙烯酰胺 (MBA) 、丙烯酰胺 (AM) 、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵 (CHPTAC) 、氢氧化钠、重铬酸钾等;去离子水。
1.2 吸附材料的制备
称取一定质量的CMC, 加入适量去离子水, 在60℃水浴锅中加热搅拌至完全糊化, 备用。在冰水浴中, 向经过预处理 (去除阻聚剂) 的AA中加入适量10%氢氧化钠溶液, 调至p H约为6。把二者混合, 补充适量去离子水, 并投加适量AM和CHPTAC, 然后加入少量交联剂MBA。搅拌均匀后, 于75℃条件下恒温聚合反应, 过程中分数次加入引发剂。反应2h后, 得到的透明胶状物, 使用去离子水冲洗数次, 切块, 于电热鼓风干燥箱中105℃烘干, 得大颗粒状聚合物。用高速万能粉碎机将颗粒状聚合物粉碎, 得到吸附用复合材料粉末。
1.3 接枝率的测定
接枝率是评价接枝反应的重要指标之一。接枝率越高, 说明接枝到CMC上的AA、AM、CHPTAC等单体量越多。本实验测定接枝率采用酶解方法, 即将所得到的吸附用复合材料进行酶解, 进而计算改性制品的接枝率。酶解方法:称取一定质量 (m0) 的接枝共聚物, 用适量 (约为接枝共聚物质量的0.3%~0.5%) 纤维素酶在35℃、p H为4.5的条件下, 酶解4h。然后将产物置于电热鼓风干燥箱, 105℃烘至恒重, 称出接枝部分质量 (m1) [2]。接枝率G计算公式如式 (1) :
1.4 Cr (VI) 吸附率的测定
对Cr (VI) 的吸附率是评价改性CMC吸附性能的指标。准确称取一定质量的重铬酸钾, 配制成不同质量浓度的含Cr (VI) 水样。实验过程中, 可用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节水样至所需p H值。取适量含Cr (VI) 浓度C0水样置于250m L容量瓶中, 接着加入适量吸附用复合材料粉末, 搅拌, 调节p H值后置于智能恒温摇床中, 以恒定温度、合适回旋频率、一定吸附时间等进行吸附反应。吸附结束后, 抽滤, 取滤液, 测定滤液中Cr (VI) 浓度C1, 计算吸附率。吸附率A计算公式如式 (2) :
2 结果与讨论
2.1 单因素对接枝率的影响
2.1.1 CMC用量对接枝率的影响。
改变原料配比中CMC的质量分数, 按照1.2吸附材料的制备方法, 合成改性CMC, 并测定其相应接枝率, 如图1所示。从图中可以看出, 随着CMC质量分数从15%增加到30%, 接枝率从30%迅速增至45%。当CMC质量分数<30%时, 接枝率随着CMC质量分数增加而上升, 这是因为随着CMC比例增加, 可供反应的接枝点越来越多, 单体朝着接枝反应方向进行, 减少了单体自聚反应的概率, 有利于提高接枝率[3]。当CMC质量分数>30%时, AA、AM、CHPTAC等单体量越来越多, 但CMC提供的接枝点越来越少, 一方面单体极易朝着自聚反应方向迅速进行, 另一方面CMC椄枝链太长, 相应的空间位阻明显增大, 亲水性降低, 导致接枝率降低。
2.1.2 AA、AM及CHPTAC用量对接枝率的影响。
改变原料配比中AA、AM、CHPTAC等单体的质量分数, 对接枝率也有较大影响, 随着AA质量分数从15%增至47%, 接枝率从18%增到45%。当AA质量分数<47%时, 随着AA单体含量的增加, 接枝到CMC上的单体也明显增加;当AA质量分数>47%时, 改性CMC接枝链太长导致空间位阻增加;同时, AA单体自聚反应加强, 所以接枝率明显下降[4]。单体AM和CHPTAC的质量分数分别达到18%和5%时, 可使改性CMC的接枝率达到最大。
2.1.3 反应温度对接枝率的影响。
反应温度对接枝率的影响, 当温度低于70℃时, 接枝率不足30%, 因为温度过低, 提供的反应热不足以克服反应所需要的能量势垒, 引发剂氧化还原反应率低, 故接枝率不高。随着温度的升高, 引发剂引发作用得以明显体现, 接枝反应加快, 当温度达到80℃时, CMC上接枝活性点位得到最大程度反应, 接枝率达到最大。当温度高于80℃时, 反应速度过快, 引发剂快速分解, 降低了对自由基的引发能力, 致使部分接枝反应不能及时进行, 导致接枝率下降明显。
2.1.4 反应时间对接枝率的影响。
反应时间对接枝率也有较大影响, 当反应时间低于2h, 接枝率很低, 因为接枝反应是在引发剂分解、引发活性点位、单体在活性点位接枝等基础上进行的, 需要一个过程, 所以反应时间过短, 完成率较低。在反应时间达到2.5h时, 反应达到最大接枝率。之后, 引发剂分解完成, CMC上能接枝的活性点位已经被占据, 多余单体朝着自聚反应方向进行, 再增加反应时间, 对于接枝率已经基本没有影响。
2.2 吸附条件对吸附率的影响
2.2.1 p H值对吸附率的影响。
2.2.2 改性CMC用量对吸附率的影响。
在其他吸附条件不变的情况下, 改变吸附剂改性CMC的投加量, 得出改性CMC用量对吸附率的影响, 如图3所示。从图中可以看出, 当投加量达到0.6mg/100m L水样时, 吸附率在80%, 尤其是投加量≥0.8mg/100m L时, 吸附率均在97%以上。当投加量不足0.4mg/100m L时, 吸附率很低, 这是因为能与Cr (VI) 生成配位键的活性官能团量较少, 吸附量自然较小。所以, 要保证吸附率, 必须保证足够的投加量。
2.2.3 吸附温度对吸附率的影响。
保持其他吸附条件不变, 仅改变吸附反应的温度, 绘制温度与吸附率之间的关系曲线, 吸附率随温度升高而增大, 这是因为该吸附反应为吸热反应。但当温度高于30℃时, 吸附率基本不变, 这说明具有吸附活性的官能团已经饱和。所以, 最佳的吸附反应温度宜控制在30℃左右。
2.2.4 吸附时间对吸附率的影响。
吸附时间与吸附率的关系, 在吸附时间≤1.5h时, 吸附率比较低, 这是因为改性CMC本身具有一定吸水性, 吸附前期材料在水样中未完全溶胀, 吸附量自然有限。当吸附时间≥2h条件下, 材料因吸水饱和骨架变得疏松, 有利于Cr (VI) 快速进入内腔, 所以吸附率明显增大。
3 结论
3.1 通过改性反应, 以羧甲基纤维素为主要原料, 以过硫酸铵为引发剂, 以N-N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂, 同时以丙烯酸 (AA) 、丙烯酰胺 (AM) 、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵 (CHPTAC) 等为改性剂, 在一定条件下进行接枝共聚, 制备了改性天然高分子有机吸附剂。通过单因素实验得出, 在CMC、AA、AM及CHPTAC的质量分数分别为30%、47%、4%、18%和5%时, 在80℃反应温度、2.5h反应时间条件下, 改性CMC的接枝率最大。
3.2 通过用制备的改性CMC吸附去除水中重金属离子Cr6+的实验研究, 得出:在工程应用提供参考。当p H值为5、吸附剂投加量为0.8mg/100m L、30℃吸附温度、2.5h吸附时间条件下, 吸附效果最佳。
参考文献
[1]徐浩龙.羧甲基纤维素接枝丙烯酸复合材料的制备及对Cr (VI) 的吸附研究[J].科学技术与工程, 2012, 12 (14) :3532-3534.
[2]马静, 赵妍嫣.羧甲基纤维素钠与丙烯酰胺的接枝共聚及其缓释性质研究[J].农产品加工, 2006 (10) :157-158.
[3]王瑀, 王丹, 等.一种新型纤维素吸附剂的制备研究[J].林产化学与工业, 2008 (2) :77-81.
甲基纤维 篇7
亚甲基蓝是深绿色有铜光的柱状晶体或结晶粉末,无臭,是阳离子型染料。工业上用其与氯化锌的复盐染棉、麻、纸张、皮革,并用于制墨水等,是一种应用广泛的染料,其废水的颜色和毒性对环境危害严重,它们的处理是一个受到广泛关注的问题[7,8,9]。
活性炭纤维(ACF)表面分布有大量的微孔,能够吸附废水中的有机污染物分子,而涂覆在纤维表面的TiO2可将其吸附的有机污染物降解为CO2、H2O,有利于进行多次吸附。笔者利用ACF和TiO2的吸附性能及催化性能,选用ACF为载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO2/ACF光催化复合材料,探讨ACF及负载不同量TiO2的ACF的光催化亚甲基蓝性能,为制备具有更好吸附和催化性能的TiO2/ACF提供一些参考[10]。
1 实验部分
1.1 材料及仪器
活性炭纤维毡(江苏苏通碳纤维有限公司提供,比表面积1500m2·g-1,孔容0.712mL·g-1,平均孔径13.8Å),钛酸正丁酯,无水乙醇,乙酸(国药集团化学试剂有限公司),亚甲基蓝。
85-2A数显测速恒温磁力搅拌器,DZF-6090型干燥箱,GSL1400X型马弗炉,自制光催化反应装置,紫外灯强度160W,UV-2100型紫外可见分光光度计,Quanta 200扫描电子显微镜,VERTEX 70红外光谱仪。
1.2 TiO2溶胶的制备
将2mL钛酸正丁酯缓慢滴加到20mL无水乙醇中,再加入0.5mL乙酰丙酮,使用磁力搅拌器搅拌10min,形成溶液A,再将1mL蒸馏水加入到7mL无水乙醇中形成溶液B,再将溶液A缓慢滴加到溶液B中,得到TiO2溶胶。陈化24h待用。
1.3 TiO2/ ACF复合物的制备
首先要对ACF进行清洗干燥的预处理,将TiO2溶胶分别倒入两个50mL的烧杯中,称取一定质量的ACF分别浸入TiO2溶胶中一定时间,通过控制浸润时间得到不同TiO2负载量的ACF;然后匀速提拉,将负载了TiO2的ACF放入恒温干燥箱干燥,再放入马弗炉中,在氮气保护下升温至550℃焙烧一段时间得到TiO2/ACF复合物。
1.4 亚甲基蓝降解实验
称取相同质量的试样1(ACF原样)、试样2(TiO2负载率较小的TiO2/ACF复合物)和试样3(TiO2负载率较大的TiO2/ACF复合物),将3块试样分别放在盛有浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液的容器中,在暗室中放置8h达到吸附平衡,然后在自制的光催化系统紫外照射,每隔20min用分光光度计测定盛有3块试样的亚甲基蓝溶液及亚甲基蓝溶液原液的吸光度。
2 结果与讨论
2.1 TiO2/ ACF复合物的形貌分析
应用荷兰FEI公司的Quanta 200扫描电子显微镜观察试样1、试样2和试样3的表面形貌及TiO2和ACF的复合情况。
各试样均在放大4000倍下观察,图1所示为ACF原样的SEM形貌图,表面光整。图2是TiO2负载率较小的TiO2/ACF复合物SEM形貌图,可以看出其表面负载有一定量的TiO2颗粒。图3是TiO2负载率较大的TiO2/ACF复合物SEM形貌图,由于在TiO2溶胶中浸渍时间较长,所以其表面负载的TiO2颗粒较试样2多。在进一步的研究当中,通过调整工艺参数可以进一步提高TiO2负载量,同时可以改善TiO2在ACF表面的分布情况,减少对纤维的损伤。
2.2TiO2/ ACF复合物的光催化降解亚甲基蓝及吸附性能分析
2.2.1 TiO2/ ACF复合物的光催化降解亚甲基蓝分析
影响TiO2/ACF复合物材料催化活性的因素有很多,如TiO2的晶相结构、材料的表面形貌及材料复合结构等。本次实验主要研究TiO2含量的多少对亚甲基蓝的催化降解作用。
实验中将亚甲基蓝原液,及盛有各试样的亚甲基蓝溶液在暗室静置8h后取出,分别测试吸光度,图4为亚甲基蓝原液在紫外光照射下吸光度的变化,由图可看出,紫外光直接照射对亚甲基蓝溶液的吸光度基本没有影响。
在相同条件下,对放有试样1(ACF原样)的亚甲基蓝溶液进行光催化降解,如图5所可,由图可看出,紫外光照射对ACF原样吸附亚甲基蓝也有一定的降解作用,作用较缓和。由于含氧基团在活性碳纤维表面含量较为丰富,有诸如羧基、羰基、酚羟基等的酸性基团,还有氧萘型或类吡喃酮型的结构的碱性基团等。
通过对ACF原样进行红外光谱(IR)分析,如图6所示,也说明ACF中含有羧基、羰基等活性基团。由于这些原因,ACF具有较大的催化活性,可以作为催化剂的载体,本身也可起催化剂的作用,可用作有机物还原反应的催化剂。
在液相中,除了ACF的微孔对亚甲基蓝有较大的吸附作用外,表面化学性质起了较大的作用,有时甚至是主导作用。本次实验中,在紫外光照射下,促进了ACF自身的解析,及其再次吸附的性能。
同样对放有试样2和试样3的亚甲基蓝溶液进行光催化降解,图7(c)所示为放有试样2的亚甲基蓝溶液在紫外光照射下吸光度的变化,图7(d)所示为放有试样3的亚甲基蓝溶液在紫外光照射下吸光度的变化,由图可看出,紫外光照射对两种试样吸附亚甲基蓝都有一定的降解作用,而且作用较明显。
在本次实验条件下,两种材料间催化活性差异的主要原因为TiO2负载量。TiO2在紫外线照射下会产生高能态的电子-空穴对,在电场作用下,电子与空穴发生分离并迁移到催化剂粒子表面。空穴可以将吸附在TiO2表面的OH-与水分子氧化成羟基自由基(·OH),而电子与表面吸附氧反应生成超氧离子自由基(O2.-)。这两种活性物质都具有极强的氧化性,能氧化大部分有机污染物及部分无机物质,将其最终降解为CO2、水等。
2.2.2 TiO2/ACF复合物的吸附性能分析
各试样在亚甲基蓝溶液中达到吸附平衡后,通过测其吸光度可看出,它们的吸附性能有所变化,如图8所示。
ACF原样对亚甲基蓝的吸附性能低于TiO2/ACF复合物,而且TiO2含量较多时,其复合物的吸附性能较强。当TiO2的含量为0时,ACF对亚甲基蓝的吸附主要通过其微孔及表面的一些活性官能团实现,也伴随着一定的解析再次吸附作用;而随着含量的增加,TiO2/ACF复合物的吸附性能提高,这是由于除了ACF本身对亚甲基蓝的吸附作用外,TiO2的催化活性也起到重要作用,增加了ACF的解析作用,使其能再次吸附,进而提高了TiO2/ACF复合物对亚甲基蓝的吸附性能。
3 结语
通过溶胶-凝胶浸渍涂覆法制备ACF负载的TiO2光催化复合物,采用扫描电子显微镜(SEM) 表征了制备材料的形态结构,测试了材料在紫外线光照下的催化性能。紫外光照射对ACF原样降解亚甲基蓝有一定作用,本实验中,随着TiO2负载量的增加,复合物对亚甲基蓝的吸附性能增加,对亚甲基蓝的降解作用也得到增强。
ACF材料优越的吸附性能,可以将吸附的低浓度污染物质富集到负载的TiO2周围,提高了光催化降解的速率,同时TiO2将ACF吸附的污染物降解从而达到了对载体吸附剂的再生。ACF材料还可以捕获中间产物防止二次污染,改变负载TiO2的酸碱性从而影响光催化性能,并且ACF对可见光的吸收使得在太阳光照下具有更高的催化活性。
目前负载纳米TiO2的炭质吸附材料主要以活性炭为主,ACF材料用作光催化的载体还处在研究阶段,进一步探索新型载体及有效的纳米TiO2光催化剂负载技术具有重大意义[11]。
参考文献
[1]Zhanga Yanzong,Xiong Xiaoyan.Application of titaniumdiox-ide-loaded activated carbon fiber in a pulsed discharge reactorfor degradation of methyl orange[J].Chemical EngineeringJournal,2010,162:1045-1049.
[2]刘娜,杨建忠.Ti O2/ACF吸附-光催化净化甲醛的研究[J].化工新型材料,2007,(8):437-440.
[3]詹雪艳,宋丹丹,曾胜军,等.Ti O2光催化氧化去除有机污染物的研究进展[J].化学研究与应用,2002,14(4):387-388.
[4]Sakoda A K,Suzuki M.The asorption of activated carbonfibers[J].Activated Carbon Fiber,1991,25(2):219-225.
[5]Holt P K,Barton G W,Mitchell C A.The future for electro-coagulation as a localized water treat ment technology[J].Chemosphere,2005,59:355-367.
[6]Anglada A,Urtiaga A,Ortiz I.Contribution of electrochemicaloxidation to waste-water treat ment:fundamentals and reviewof applications[J].Journal of Chemical Technology and Bio-technology,2009,84:1747-1755.
[7]陈捷,刘延,黄磊,等.焙烧温度对Ti O2柱撑膨润土结构、吸附及光催化性能的影响[J].高等学校化学学报,2008,29(7):1406-1411.
[8]郭晓.接触辉光放电电解技术在有机印染废水处理中的应用及其条件优化[D].西安:西北师范大学,2007.
[9]曾旭.纳米Ti O2光催化技术在印染废水处理中的应用[D].上海:上海大学,2006.
[10]Xu Deping,Huang Zhenghong.Effect of heat treat ment on ad-sorption performance and photocatalytic activity of Ti O2-mounted activated carbon cloths[J].Catalysis Today,2008,139:64-68.
甲基纤维 篇8
明胶(Gelatin)是由胶原蛋白水解制得的蛋白质分子,纤维素和明胶均来源广泛、价格低廉,均具有优良的成膜性能和可生物降解性,已被大量用于日化、食品和生物医学等领域[8,9],但单一明胶或羧甲基纤维素作膜材料均存在缺点,明胶膜材料力学性能和抗水性均差[9]。羧甲基纤维素钠(CMC)是可再生天然高分子纤维素重要的衍生物之一, CMC为亲水性的多糖类物质,制成的膜易碎较硬且阻湿性差[10,11]。通过一定化学手段共混复合是有效改善高分子性能的方法,成功制备复合包膜的方法之一[6,7]。然而将明胶、羧甲基纤维素独立或同时与聚乙烯醇复合用做肥料的载体至今未见国内外报道。
基于上述事实本文首先利用制革过程中的动物皮提取明胶,然后以戊二醛为交联剂,甘油做增塑剂,通过交联反应,制备了一种新型可生物降解缓释肥料包膜—明胶/聚乙烯醇/羧甲基纤维素三元复合肥料缓释膜。在考察原料明胶、羧甲基纤维素、PVA含量,交联剂戊二醛和增塑剂甘油用量对包膜力学性能和吸水率影响的基础上,采用红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射、扫描电镜、差示量热扫描和热重分析等表征了包膜的结构 ,同时对包膜进行了差示量热扫描和热重分析,为新型肥料包膜应用于农业领域提供基础数据。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
DF-1011S 集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市英裕予华仪器厂) ;ThermoFisher Nioolet 6700傅立叶变换红外光谱仪(美国Nicolet公司),X'Prt Pro 型(Philips,Netherlands)X-射线衍射仪,JSM—5900LV扫描电镜(日本JEOL公司),SDTQ600热分析仪(美国TA公司)。
皮边角废料:(二层皮、三层皮);生物酶样品;羧甲基纤维素,戊二醛,丙三醇,尿素(成都科龙化工试剂厂,A.P) ;聚乙烯醇1799(上海石化金山维仑厂产品,A.P)。
1.2 实验方法
将皮边角余料清洗、膨胀、脱灰、脱脂后,利用生物技术酶解经预处理的皮边角余料制备明胶[12]。利用凝胶过滤法测定明胶的相对分子质量分布为79.6～154 kD。
1.2.1 复合包膜的制备
分别配制质量分数为3 %的明胶、5 %的羧甲基纤维素钠和10 %的PVA水溶液。将上述3种溶液按一定比例于90 ℃热水浴中充分混合,搅拌均匀后用盐酸溶液调节pH到4～5。再在搅拌下缓慢滴加一定量交联剂戊二醛,搅拌一定时间后,再分别加入适量甘油和一定量的尿素,共搅拌0.5 h,放置脱泡后,倒入成膜模具中,真空干燥成膜,干膜保存于干燥器中,待用。各种复合包膜的组成及表示符号如表1所示。
1.2.2 包膜的力学性能和耐水性测试
包膜的拉伸强度及断裂伸张率采用GT-AI-7000S万能电子拉力实验机(台湾高铁检测仪器有限公司制造)按国家标准(GB/4456-84)进行测试,重复5次取平均值。
用吸水率表示包膜的耐水性,按文献[13]的方法测定包膜的吸水率。
1.2.3 结构表征
纯聚合物及复合包膜的FT-IR光谱用傅立叶变换红外光谱仪薄膜扫描分析, 其衍射谱图由X'Prt Pro 型(Philips, Netherlands)X射线衍射仪记录,电压40 KV,电流45 mA,扫描角度5°～50°,扫描速度8°/min。用液氮冷脆断裂共混膜,真空喷金后用JSM-5900LV扫描电镜观察其截面形貌并拍照。723分光光度计(上海分析仪器厂)。用723分光光度计在300～800 nm测定膜的透光率,按文献[13]的方法测定包膜的透光率。
1.2.4 复合包膜的热稳定性分析
用SDTQ600热分析仪对肥料包膜进行差示量热扫描(DSC)分析和热重(TG)分析。
2 结果与讨论
2.1 影响包膜性能的因素
2.1.1 原料质量分数对包膜力学性能和耐水性的影响
膜的力学性能和吸水率是膜中组分间相互作用的综合结果,与膜中各组分的含量密切相关,表2数据证实了这一事实。表2显示:包膜组分质量比变化,包膜的拉伸缩强度、断裂伸长率随之变化,但总体差异不大。PVA质量分数50%的包膜的拉伸缩强度、断裂伸长率略低于PVA质量分数40%的包膜,即PVA质量分数为40%的包膜力学性能更好。这可能与PVA分子链上有大量的羟基,具有良好的水溶性,分子结构完整,分子链柔顺,并且易于拉伸取向有关,包膜中适量PVA的加入有利于提高膜的取向度、结晶度和改善其力学性能[6]。透光率测试表明PVA质量分数为50%的包膜的透光率均较PVA质量分数为40%的包膜低,表明戊二醛交联下,PVA质量分数为50%的包膜的相容性可能没有PVA质量分数为40%的包膜好。因此本文其它实验均选择PVA质量分数为40%。
表2还表明:固定PVA质量分数,随着明胶质量分数的降低,CMC质量分数的相对增加,包膜拉伸强度和断裂伸长率降低,但吸水率降低,耐水性增加,这可能与明胶的高亲水性相关。 GPC1～GPC5组膜的吸水率与GPC6～GPC10组膜比较发现PVA质量分数为40%的系列膜的吸水率高于对应的PVA含量为50%的系列膜,可能由于膜说明PVA质量分数越高,膜的亲水性越低。
2.1.2 戊二醛用量对包膜性能的影响
固定体系中PVA质量分数为40%,甘油0.40mL,在0.20～1.00 mL内改变戊二醛用量,分别按GPC1、GPC5的明胶质量分数和CMC质量分数,制备一系列GPC1膜和GPC5膜,考察戊二醛用量对包膜力学性能和吸水率的影响,结果如表3所示。
表3显示,GPC1和GPC5的拉伸强度和断裂伸长率均先随戊二醛用量的增加而增高,GPC1当戊二醛加入量增至0.90 mL时,抗张强度最高,达到32.57 MPa,其断裂伸长率在戊二醛用量为0.60 mL时达最大值,为39.56% ;GPC5当戊二醛加入量增至0.70 mL时,抗张强度最高达到27.54 MPa,其断裂伸长率在戊二醛用量为0.50 mL时达最大值,为31.05%,之后GPC1和GPC5的拉伸强度和断裂伸长率随着戊二醛加入量的增加而减低 ;与文献[11]的报道相符,吸水率随着戊二醛用量的增加,逐渐降低,但降低程度逐渐减小。这可能是因为戊二醛可以与明胶分子中的NH2亲核加成,与PVA和羧甲基纤维素的羟基的缩醛化反应形成交联链,从而使分子链的强度增加,这种交联虽然也会破坏分子间氢键的相互作用,但使强度升高的因素为主要因素,所以拉伸强度和断裂伸长率先随着戊二醛用量的增加而增大,但当戊二醛增加到一定量后,因此分子间形成网状结构的形成将限制分子间的滑动,因此宏观上表现出拉伸强度继续增加,而断裂伸长率继续下降。
表3还表明膜的吸水率先随戊二醛的加入而增加,当戊二醛加入到一定量时,再增加戊二醛的加入量,吸水率不断下降。吸水率之所以随戊二醛的加入如此变化可能是因为体系中加入戊二醛,氢键等分子间作用力被破坏,亲水基团羟基、氨基等将裸露出来与戊二醛发生交联反应,当戊二醛加入量较小,交联反应较弱时,吸水率表现出不降反升,但继续增加戊二醛的加入量,戊二醛与明胶、PVA和CMC之间的分子间交联作用可能增加,体系中亲水基团不断减少,因此吸水率不断下降[6]。本文其它实验戊二醛用量为0.60 mL。
实验还表明,戊二醛用量增加,包膜透光率降低,当戊二醛用量增加至0.70 mL时,膜变黄,透光性低于80%。
2.1.3 甘油用量对包膜性能的影响
固定PVA质量分数为40%,戊二醛0.60 mL,在0.20～0.80 mL内改变甘油用量,按GPC1、GPC5的明胶含量和CMC含量,分别制备一系列GPC1膜和GPC5膜,考察甘油用量对包膜抗张强度、断裂伸长率和吸水率的影响,结果如表4所示。
表4表明,随着甘油用量的增加,GPC1和GPC5的拉伸强度有逐渐降低,而断裂伸长率和吸水率有增加的趋势,这是因为甘油能破坏分子之间的氢键,降低分子链的结晶性,增加分子链的移动性,增加膜的塑性的缘故[6]。可能由于甘油吸湿性很强的缘故,当甘油量高于0.70 mL时,膜发粘,强度明显降低 ;当甘油量0.90 mL时,膜变脆,不具有实用价值。因适量的甘油不仅可以增加膜的塑性,还可以提高膜的相容性。因此本文其它实验甘油使用量为0.50 mL。
2.2 复合包膜的结构表征
在2.1对包膜性能的因素考察的基础上,制备系列包膜用于表征结构。
2.2.1红外光谱分析
羧甲基纤维素、明胶和交联复合包膜的红外光谱分别如图1所示,聚乙烯醇的红外光谱参考文献[13]。
与3种纯聚合物的比较,包膜的红外光谱图主要发生有以下变化,第一:包膜谱图中OH伸缩振动吸收峰由3430 cm-1和3400 cm-1位移至3412～3380 cm-1了。第二:明胶的酰胺Ⅰ带(1651.8cm-1),酰胺Ⅱ带(1533cm-1)和Ⅲ带(1231 cm-1),以及明胶在1451 cm-1、1199 cm-1、1163.3 cm-1附近的吸收峰,羧甲基纤维素在1418 cm-1、1112.7cm-1附近的吸收峰分别发生了不同程度的位移,且包膜中吸收峰的相对强度均发生了不同程度的变化 ;这些事实表明交联共混改变了分子间氢键等相互作用。第三:包膜在1205～1207cm-1和851 cm-1附近出现了新的吸收峰,但羧甲基纤维素在1600.6～601.2 cm-1内,明胶在1198.6～463.8 cm-1内的部分吸收峰在包膜中均消失了,新峰的产生和这些峰的消失表明交联共混使羟基等弯曲振动有较大变化,产生了新结构。上述事实说明在戊二醛和甘油存在下,原料明胶、羧甲基纤维素和PVA分子不是简单的加合,而发生了较强的相互作用—戊二醛与明胶、PVA和羧甲基纤维素的亲核加成等交联反应,通过反应,分子内和分子间产生局部交联,加之氢键等相互作用,“扰乱”了明胶、聚乙烯醇和羧甲基纤维素原有的结晶,形成了一个较稳定的复合体,X射线衍射图谱可进一步证实这一事实。
明胶为低结晶性高分子,本实验所使用的明胶在2θ6.86°和18.86°处,PVA在2θ11.3°,19.7°,22.4°和41°处分别有4个晶态衍射峰,其中19.7°处的衍射峰最强,羧甲基纤维素钠在2θ22.1°、32.7°和33.5°处有衍射峰。若复合包膜中明胶与PVA及羧甲基纤维素没有相互作用或相互作用很弱,复合包膜中则有各自的结晶区和无定形区,衍射谱图将是各组分按共混比例的简单叠加[13]。图2表明 :复合包膜的衍射谱图与纯聚合物比较均发生了较大变化,GPC1、GPC3和GPC5的衍射图中既找不到属于明胶的衍射峰,也找不到PVA和羧甲基纤维素钠的部分衍射峰。几种复合包膜的结晶度大小顺序为 :PVA> CMC> Gelatin> GPC3> GPC5> GPC1。
与红外光谱的分析结果相吻合,经共混交联后,膜的晶态情况发生了较大变化,由于复合包膜中形成了特定的交联网状结构和分子间氢键等相互作用,使包膜衍射峰减弱,结晶度降低,GPC1膜降得最低,表明该膜分子间作用力可能比其它膜略强。
2.3.3.扫描电镜分析
包膜具有均匀的截面形貌(图略)图表明 :包膜中各组分具有良好的相容性,形成了一个结构均一的较稳定的复合体。
2.3 包膜的热稳定性分析
明胶的DSC曲线和TG曲线图略,PVA及复合包膜的DSC曲线和TG曲线分别如图3和图4所示。
由图3可知,PVA和明胶的DSC曲线上有2个放热峰,且2个峰均较尖锐,在≤250 ℃内复合包膜GPC1、GPC3和GPC5的DSC曲线形状与单一聚合物均相差较大。包膜GPC1有3个小放热峰,第一个小放热峰在25～35 ℃内,第二个放热峰相对较大,其峰值温度为127.4 ℃,第三个小放热峰的峰值温度为205.5℃ ;GPC3和GPC5分别有2个小放热峰,GPC3第一个放热峰为馒头峰,其峰值温度为65.5 ℃,第二个小放热峰的峰值温度为208.4 ℃ ;GPC5第一个小放热峰的峰值温度为93.8 ℃,第二个小放热峰的峰值温度为202.5 ℃。包膜的这几个放热峰与膜失去吸附水,膜的软化和半熔融状态相关[5]。
图3、图4还表明,原料明胶、CMC和PVA的热重曲线与3种复合包膜的热重曲线差别较大,在低于265 ℃时,3种复合包膜的热重曲线均较PVA的热重曲线平缓,低于310 ℃时均较CMC的热重曲线平缓。在200 ℃时,GPC1、GPC3和GPC5的累计失重率依次分别为9.86%,11.6%,11.4% ;在310 ℃时,单一聚合物明胶、PVA、CMC累计失重依次分别为48%、69.6 %、42.8%,复合包膜GPC1、GPC3和GPC5累计失重依次分别为30.7%、35.6%和39.9% ;复合包膜GPC1、GPC3 快速失重的温度范围是279～350 ℃,GPC5 温度范围是271～350 ℃,在该温度范围内,这些膜的失重率依次分别31.5%、32.7%和34.8%。当升温到495 ℃时,几种复合包膜的累计失重率依次分别为78.2%、75.2 %和70.0%。显然由于戊二醛的化学交联和分子内与分子间氢键等协同作用,在低于310 ℃时,包膜的热稳定性较单一聚合物高。上述事实与X-射线衍射分析结果包膜分子间作用力较单一聚合物膜更强的推断相符。图4还表明,低于365 ℃时,包膜GPC1热稳定性略高于GPC3和GPC5。
3 结论
甲基纤维 篇9
水凝胶作为一种新型功能高分子材料, 具有巨大发展潜力。如何降低凝胶的制备成本、提高溶胀率和溶胀速率以及改善耐盐性能是目前水凝胶研究的重点和难点。与传统的水凝胶相比, 有机/无机复合水凝胶不但具有无机材料的强度和热稳定性, 并具备有机聚合物的特殊功能性[7,8]。膨润土是我国含量非常丰富的一种矿物质资源, 将它与水凝胶复合不仅能显著降低成本, 还可以增强了凝胶的吸水性、保水性和耐盐性等[9,10,11]。本实验以纳米膨润土、羧甲基纤维素、丙烯酸以及成孔剂PEG为原料, 制备了一种低成本的新型多孔无机/有机复合凝胶。对所制备的凝胶进行了结构表征, 并在不同条件下对凝胶的溶胀性能、耐盐性和溶胀速率进行了研究。研究表明该多孔凝胶具有很高的溶胀率、溶胀速率以及耐盐性, 制备成本低, 有望得到实际应用。
1 实验部分
1.1 试剂
羧甲基纤维素、丙烯酸、过硫酸钾、氢氧化钾、N, N’-亚甲基双丙烯酰胺 (MBA) 、聚乙烯醇, 均为化学纯, 上海国药集团化学试剂有限公司;纳米膨润土, 为本实验室自制;实验所用的其它试剂均为分析纯。
1.2 分析测试
采用美国PerkinElmer公司Spectrum One红外光谱仪对样品进行FT-IR分析;采用帕纳克锐影 (Empyrean) X射线粉末衍射仪对样品进行XRD分析, Cu靶;采用日本日立公司Hitachis-3500N型扫描电子显微镜对喷金样品表面的微观形态进行观察。
1.3 无机/有机复合水凝胶的制备
将1.5g纳米膨润土和100mL H2O加入到烧杯中超声振动分散20min。之后向其加入0.15g羧甲基纤维素继续搅拌溶解后, 加入一定量中和度为75%的丙烯酸溶液和成孔剂PEG。搅拌均匀后, 依次加入不同量的交联剂MBA和引发剂过硫酸钾, 升温至70℃反应4h。按照相同条件制备不加PEG的凝胶进行对比实验。所得到的凝胶在室温下用乙醇/水长时间浸泡, 期间更换浸泡液以洗去未反应的单体及PEG, 最终将样品冲洗后冷冻干燥。
1.4 凝胶溶胀率的测试
准确称取一定量的不同凝胶样品, 分别放入去离子水及0.9% (wt, 质量分数, 下同) NaCl溶液中。室温静置一段时间至溶胀平衡。测量溶胀后的质量, 利用式 (1) 计算溶胀率。
其中, M0为吸液前凝胶的质量 (g) ;M1为吸液后凝胶的质量 (g) 。
1.5 凝胶溶胀速率的测试
准确称量一定量的不同凝胶样品, 置于去离子水中。浸泡不同时间后取出, 称重, 按公式 (1) 计算不同时间段的样品溶胀率。
2 结果与讨论
2.1 红外分析
图1为羧甲基纤维素 (a) 、膨润土 (b) 和凝胶 (c) 的红外谱图。膨润土红外谱图中1023cm-1和812cm-1是O-Si-O伸缩振动吸收峰。羧甲基纤维素的红外谱图中, 1600cm-1和1418cm-1分别为-COO-的非对称伸缩振动吸收峰和对称伸缩振动吸收峰, 这是-COONa的特征峰。在凝胶谱图中, 1027和815cm-1的O-Si-O伸缩振动吸收峰仍然存在, 只是强度减弱;1418cm-1为-COO-对称伸缩振动吸收峰, 且在1722cm-1处出现来自丙烯酸中未被中和的-COOH的强吸收峰, 在1671cm-1和1562cm-1出现新的-C=O的特征吸收峰, 这2个峰是MBA中酰胺基和丙烯酸中的-C=O相互影响的结果。此外, 在2900cm-1有C-H的反对称伸缩峰出现。以上红外谱图的结果证明了凝胶网络的生成。
2.2 XRD分析
XRD是分析晶体结构的一种重要手段。图2为膨润土、羧甲基纤维素和凝胶样品的XRD图谱。凝胶样品XRD图谱中均没有出现膨润土在2θ=4°左右的特征峰, 说明聚合物的生产破坏了膨润土的层状结构, 使膨润土层间发生了剥离, 导致膨润土特征峰消失。羧甲基纤维素的XRD图谱在2θ=19°、27.5°、32°、34°左右有明显的结晶峰。凝胶XRD谱图在相应的位置都没有出现这些特征峰, 表明聚合反应的进行完全破坏了羧甲基纤维素的结晶结构。XRD图谱的分析进一步表明了凝胶的形成。
2.3 SEM分析
为了观察膨润土和凝胶表面的微观结构, 对样品进行了SEM测试。在纳米膨润土的电镜照片图3 (a) 中可以看到明显的纳米级膨润土颗粒。图3 (b) 、3 (c) 分别是普通凝胶样品和相应的多孔凝胶样品的电镜照片。从图3 (b) 可以看出普通凝胶样品表面没有明显的颗粒, 表面的形貌很均匀, 且没有明显的相分离现象。表明膨润土与聚合物很好的融合在一起形成凝胶结构。此外凝胶表面的结构致密, 只有干燥后形成的不平滑的褶皱, 没有出现孔状结构。而从图3 (c) 则可以观察到凝胶表面明显的孔状结构。SEM照片证明了凝胶网络结构的生成以及成孔剂使凝胶表面生成明显的孔状结构。
2.4 交联剂含量对凝胶溶胀性能的影响
所合成的凝胶为低度交联的三维网络结构, 适当的网络大小和结构对溶胀性能有着重要影响。因此, 课题研究了交联剂的用量对多孔凝胶溶胀性能的影响。固定其它反应条件, 引发剂用量为丙烯酸质量含量的1.5%, 改变交联剂的用量, 凝胶样品溶胀率的实验结果见图4。由图4可以看出, 随着交联剂的用量增加, 凝胶的溶胀率提高, 在交联剂用量为丙烯酸质量含量的0.04%时, 凝胶在蒸馏水以及0.9%的NaCl溶液中的溶胀性能最好, 溶胀率分别达到1126g/g和78g/g。此后, 随着交联剂的增加, 凝胶的溶胀率下降。以上实验结果可以用Flory膨胀理论来解释。该理论认为, 交联剂的用量太低时, 不能形成很好的交联网状结构, 导致凝胶的可溶部分增加, 造成凝胶的溶胀性能下降。交联剂用量过高时, 溶胀率也会下降。这是由于交联剂用量的增加, 使网络中的交联点增加。过多的交联点会使凝胶网络空隙变小, 导致凝胶网络不能自由活动和膨胀, 从而影响水分子进入凝胶内部, 因此溶胀能力降低。
2.5 引发剂含量对凝胶溶胀性能的影响
引发剂的用量会影响凝胶分子量的大小以及凝胶网络体积。图5是固定其它反应条件, 交联剂用量为0.04%时, 不同引发剂用量对凝胶溶胀性能的影响。由图5可以看出, 凝胶的溶胀率的随着引发剂量用量的增加而增加。引发剂的量为1.5%时, 凝胶在蒸馏水中的溶胀率达到最大值1125g/g;引发剂的量为2.0%时, 凝胶在0.9%的NaCl溶液中的溶胀率达到最大值123g/g。此后, 继续增加引发剂用量, 凝胶的溶胀率降低。这是由于引发剂含量过低时, 聚合反应进行较慢, 导致聚合物分子量较低及交联度降低, 使其溶胀率降低。引发剂的浓度过高, 聚合反应速度过快, 会导致聚合热过大而不宜扩散, 聚合物的交联度升高, 聚合物的分子量较小且分布较宽。以上因素都会影响凝胶的溶胀性能。此外, 本实验的引发剂用量偏高, 可能是由于膨润土中含有较多的杂质, 且实验过程中未通氮气进行保护, 这些因素都会消耗掉一些自由基, 因此反应所需的引发剂用量高于一般的自由基聚合反应。
2.6 成孔剂对溶胀速率的影响
选取在蒸馏水中溶胀性能最佳的凝胶, 即交联剂用量为0.04%, 引发剂用量为1.5%的多孔凝胶和原凝胶, 研究成孔剂对凝胶在蒸馏水中的溶胀性能及溶胀平衡的影响, 结果见图6。从图6中可以看出, 多孔凝胶达到溶胀平衡的时间仅为30min左右, 而原凝胶的达到溶胀平衡所需要的时间为5h, 多孔凝胶溶胀速率显著提高。此外, 多孔凝胶在蒸馏水中的溶胀率也远远高于原凝胶在蒸馏水中的溶胀率。由前述的电镜照片可以看出PEG的加入使凝胶表面形成了明显的孔状结构, 这种孔状结构能够明显的增大凝胶内部可保存液体的体积, 因此溶胀率明显得到提高。并且凝胶孔洞间是相互连通的, 这种孔洞间的毛细作用, 使液体在凝胶内的扩散速度明显增加。因此, 凝胶的多孔结构能够极大地提高凝胶的溶胀速率。
3 结论
(1) 以纳米膨润土、羧甲基纤维素和丙烯酸为原料, N, N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂, 过硫酸钾为引发剂, PEG为成孔剂制备了新型多孔凝胶。红外图谱和XRD表明凝胶网络的形成;电镜照片结果表明凝胶表面存在明显的多孔结构。
(2) 对不同反应条件所制备的样品进行了溶胀性能测试。结果表明交联剂用量为0.04%, 引发剂用量为1.5%~2.0%时, 所制备的多孔凝胶具有最佳的溶胀性能。在蒸馏水中和0.9%NaCl溶液中的溶胀率分别1125g/g和123g/g。
(3) PEG的加入使凝胶形成明显的多孔结构, 这种多孔结构能明显提高凝胶溶胀速率, 多孔凝胶的溶胀平衡时间缩短为30min左右。
参考文献
[1]崔莉, 贾军芳, 熊子豪.羧甲基壳聚糖/海藻酸钠半互穿网络水凝胶的制备及性能研究[J].高分子学报, 2014, (3) :361-368.
[2]Maria H, Wu B H, Kollmann T, et al.[J].Advanced Functional Materials, 2014, 24 (21) :3187-3196.
[3]Parlato M, Reichert S, Barney N, et al.[J].Macromol Biosci, 2014, 14 (5) :687-698.
[4]龚涛, 廖列文.智能水凝胶制备工艺最新研究进展[J].化工新型材料, 2014, 42 (5) :241-244.
[5]徐雅青, 宋燕西, 李登新, 等.pH敏感聚乙烯醇/丙烯酸水凝胶制备及性能研究[J].化工新型材料, 2013, 41 (2) :53-55.
[6]Gold G T, Varma D M, Harbottle D, et al.[J].J Biomed Mater Res A, 2014, 102 (12) :4536-4544.
[7]周建华, 王林本, 孙根行.有机/无机纳米复合水凝胶的制备与应用[J].材料导报B, 2014, 28 (7) :1-8.
[8]Yang J, Shi F, Gong C, et al.[J].J Colloid Interf Sci, 2012, 381 (1) :107-115.
[9]Darvishi Z, Kabiri K, Zohuriaan-Mehr M J.[J].J Appl Polym Sci, 2011, 120 (6) :3453-3459.
[10]陆泉芳, 李芸, 杨格格, 等.辉光放电电解等离子体制备聚丙烯酸/蒙脱土水凝胶及性能测试[J].化工新型材料, 2013, 41 (11) :98-101.