基于马铃薯淀粉的环境友好型高吸水树脂研制

论文摘要

我国马铃薯产量居世界第一,为开辟马铃薯淀粉应用的新途径,本研究以马铃薯淀粉为原料,在分析了马铃薯淀粉颗粒结构、淀粉组成、糊化特性及糊特性的基础上,对基于马铃薯淀粉的环境友好型高吸水树脂的制备工艺、结构及性能进行了研究,并对该高吸水树脂对乙醇和水的吸附选择性做初步的热力学研究,研究结果如下:1、马铃薯淀粉的特性研究。实验室自制的马铃薯淀粉颗粒具有明显的偏光性,淀粉水分含量为15.5%,总淀粉含量为93%,直链淀粉含量为22.4%,淀粉的膨胀势为12.8g/g,淀粉含磷800mg/Kg;由马铃薯淀粉的粘度曲线可知糊浆粘度峰值平均达1459BU,该淀粉的起始糊化温度为62.8℃,本研究中采用的糊化温度是65℃。2、树脂合成工艺方式的研究。不同的工艺方式对接枝聚合反应的接枝效率和树脂的吸液率影响都大。结果表明:本研究采用的工艺方式是在不充氮气的条件下进行接枝聚合反应,高岭土和淀粉一起糊化,引发剂（过硫酸钾）在单体加入前加入,接枝共聚物在常压恒温（65℃）下进行干燥处理。3、树脂合成工艺参数的研究。本研究在单因素试验的基础上,通过均匀试验得出最优的工艺参数:引发剂（过硫酸钾）2mL;交联剂（N,N-亚甲基双丙烯酰胺）1mL;单体配比（质量比）4:4;马铃薯淀粉2 g;反应温度65℃;反应时间2 h,所制备的复合高吸水树脂吸蒸馏水最高达966g/g。4、合成树脂的性能与结构研究。添加高岭土的吸水树脂在吸液率、吸水速度和凝胶强度等性能指标上都优于未添加高岭土的;合成树脂的单体残留为0.12%,是一种对环境友好型的高分子材料;在复合树脂的红外图谱中,3419cm-1处出现了-NH特征吸收峰,1562cm-1处出现了-COO-特征吸收峰,同时在3681 cm-1、1076cm-1、1045cm-1等附近出现了高岭土、马铃薯淀粉的特征吸收峰;树脂扫描电镜发现接枝淀粉颗粒表面粗糙,有蜂窝状突出,而且有凹洞。从合成树脂的红外光谱和扫描电镜的结构表征,证明马铃薯淀粉已和单体发生了接枝反应。5、合成树脂的应用研究。环境友好型高吸水性树脂对乙醇和水的吸附选择性做初步的热力学研究,为复合吸水树脂可作为脱水剂用来制备无水乙醇的进一步研究提供参考。结果表明,在70℃时,复合吸水树脂对水和乙醇的净保留时间分别为1288.44 sec/g和6.96 sec/g,分离因子为195,复合吸水树脂对水的吸附选择性大于乙醇。从热力学研究角度,复合吸水树脂可对乙醇和水的混合液进行吸附分离,从而可以达到乙醇脱水的目的。复合吸水树脂可作为制备无水乙醇的脱水剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 引言
• 2 高吸水性树脂概述
• 2.1 高吸水性树脂的概况
• 2.2 高吸水性树脂的吸水机理
• 2.3 高吸水性树脂的分类
• 2.3.1 合成类高吸水性树脂
• 2.3.2 纤维素系高吸水性树脂
• 2.3.3 淀粉系高吸水性树脂
• 2.3.4 复合类高吸水性树脂
• 2.4 高吸水性树脂的应用
• 2.4.1 在农林业的应用
• 2.4.2 在卫生、医药方面的应用
• 2.4.3 在建筑、石油化工方面的应用
• 2.4.4 在日化、食品方面的应用
• 2.4.5 在其他方面的应用
• 2.5 高吸水性树脂研究中存在的问题
• 3 本文研究目的和意义
• 4 本文研究的主要内容
• 第二章 马铃薯淀粉品质特性研究
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验仪器和试剂
• 2.2.1 主要仪器
• 2.2.2 主要试剂
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 马铃薯淀粉的提取
• 2.3.2 马铃薯淀粉的品质特性分析
• 3 结果与分析
• 3.1 马铃薯淀粉的品质特性分析
• 3.1.1 马铃薯淀粉颗粒形态
• 3.1.2 马铃薯淀粉品质指标
• 3.1.3 马铃薯淀粉的粘度特性分析
• 4 本章小结
• 第三章 马铃薯淀粉基复合高吸水树脂合成工艺方式的研究
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验仪器和试剂
• 2.2.1 主要仪器
• 2.2.2 主要试剂
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 马铃薯淀粉基复合高吸水性树脂的制备
• 2.3.2 树脂吸液率的测定
• 2.3.3 树脂接枝参数的测定
• 2.3.4 复合高吸水树脂工艺方式的研究
• 3 结果与分析
• 3.1 复合高吸水性树脂工艺方式的研究
• 2对接枝共聚反应的影响'>3.1.1 反应充N₂对接枝共聚反应的影响
• 3.1.2 不同干燥方式对接枝共聚反应的影响
• 3.1.3 高岭土的添加方式对接枝共聚反应的影响
• 3.1.4 引发剂的添加顺序对接枝共聚反应的影响
• 4 本章小结
• 第四章 马铃薯淀粉基复合高吸水树脂合成工艺参数的优化
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验仪器和试剂
• 2.1.1 主要仪器
• 2.1.2 主要试剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 马铃薯淀粉基复合高吸水性树脂的制备工艺
• 2.2.2 树脂吸液率的测定
• 2.2.3 各因素对复合高吸水性树脂吸液性能的影响
• 2.2.4 均匀设计试验
• 3 结果与讨沦
• 3.1 各因素对复合高吸水性树脂吸液性能的影响
• 3.1.1 引发剂用量对树脂吸液性能的影响
• 3.1.2 交联剂用量对树脂吸液性能的影响
• 3.1.3 马铃薯淀粉用量对树脂吸液性能的影响
• 3.1.4 丙烯酸（AA）与丙烯酰胺（AM）配比对树脂吸液性能的影响
• 3.1.5 中和度对树脂吸液性能的影响
• 3.1.6 高岭土用量对树脂吸液性能的影响
• 3.1.7 反应温度对树脂吸液性能的影响
• 3.1.8 反应时间对树脂吸液性能的影响
• 3.2 均匀试验的直观分析结果
• 3.3 均匀试验的回归分析结果
• 3.3.1 试验结果的回归分析
• 3.3.2 吸水倍率影响因素分析
• 3.4 寻优与验证
• 4 本章小结
• 第五章 马铃薯淀粉基复合高吸水性树脂性能与结构分析
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 试验仪器和试剂
• 2.2 高吸水树性树脂的制备
• 2.3 复合吸水树性脂性能与结构分析测定
• 2.3.1 树脂吸水（盐）率的测定
• 2.3.2 树脂吸水速率的测定
• 2.3.3 树脂在不同温度下的保水性能的研究
• 2.3.4 树脂反复使用性能的研究
• 2.3.5 树脂提高土壤保水性能的研究
• 2.3.6 树脂凝胶强度的测定
• 2.3.7 树脂中残留单体含量的测定（溴值）
• 2.3.8 树脂水分含量的测定
• 2.3.9 树脂凝胶pH的测定
• 2.3.10 红外光谱分析（IR）
• 2.3.11 扫描电镜分析（SEM）
• 3 结果与讨论
• 3.1 复合吸水树脂性能及结构分析测定
• 3.1.1 树脂吸液率的测定
• 3.1.2 树脂吸水速率的测定
• 3.1.3 树脂在常压下不同温度的保水性能的研究
• 3.1.4 树脂反复使用性能的研究
• 3.1.5 树脂对土壤保水性能的研究
• 3.1.6 树脂凝胶强度的测定
• 3.1.7 树脂中残留单体含量的测定（溴值）
• 3.1.8 树脂水分含量的测定
• 3.1.9 树脂凝胶pH的测定
• 3.1.10 红外光谱分析（IR）
• 3.1.11 扫描电镜分析（SEM）
• 4 本章小结
• 第六章 马铃薯淀粉基树脂对乙醇和水吸附选择性初探
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 主要试验仪器和试剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 反气相色谱法原理
• 2.2.2 色谱柱的准备
• 2.2.3 色谱参数的确定
• 2.2.4 复合树脂的吸附选择性
• 3 结果与讨论
• 3.1 硅藻土色谱载体对吸附选择性的影响
• 3.2 复合高吸水树脂色谱柱对吸附选择性的影响
• 3.2.1 温度对保留时间的影响
• 3.2.2 不同温度下对乙醇和水分离因子的影响
• 3.2.3 水和乙醇吸附焓
• 4 本章小结
• 第七章 研究结果与展望
• 1 研究结果
• 2 本试验创新之处
• 3 后续研究展望
• 参考文献
• 附录 英文缩略词对照表
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文与获奖情况