葡萄糖酸改性碱性钙基膨润土的制备及应用研究

论文摘要

碱性钙基膨润土是近年开发出的第一种阴离子交换型膨润土,该膨润土层间钙离子带有活性氢氧根,为更多的有机物进入膨润土层间提供了可能,利用丰富的有机酸资源对碱性钙基膨润土进行有机改性可得到用途广泛的有机酸膨润土。葡萄糖酸是一种多羟基有机酸,用它改性碱性钙基膨润土后可得到一种多羟基有机膨润土,其亲水性好,与多羟基类高分子材料或大分子有着很好的相容性。本文以葡萄糖酸改性碱性钙基膨润土为出发点,一方面在温和的反应条件下进行表面改性,在保持其层状结构的前提下,增加其表面的羟基数量,得到脱水能力强、稳定性良好的葡萄糖酸改性膨润土脱水材料;另一方面使葡萄糖酸分子充分进入层间与OH-发生酸碱中和反应,因激烈放热致使膨润土层板发生剥离,层片达到纳米尺度,制得粒子剥离型葡萄糖酸纳米蒙脱石（P-EGAM）。葡萄糖酸纳米蒙脱石作为一种无机/有机复合纳米材料,可以对天然高分子或已经聚合的亲水性高分子材料实现膨润土高度分散改性。本文通过单因素实验,分别探索出葡萄糖酸改性膨润土脱水材料和葡萄糖酸纳米蒙脱石制备的最佳工艺参数,并利用红外光谱、X射线衍射、差热分析和电子显微镜等手段对合成的产物进行结构表征。同时,对这两种材料的性能及应用作了初步研究。结构表征及应用结果表明,葡萄糖酸改性膨润土脱水材料仍保持碱性钙基膨润土的层状结构和层间距,表面粗糙多孔,热稳定性好,脱水再生温度低,在乙醇常压蒸汽脱水应用中,当乙醇进料质量浓度为95%时,每克吸附剂可生产99.5%乙醇0.706 g;表征结果表明葡萄糖酸纳米蒙脱石为葡萄糖酸表面修饰的蒙脱石粒子,热稳定性与葡萄糖酸钙相同,内部结构及形貌相对碱性钙基膨润土均已发生了明显的变化,粒子为厚度小于100 nm的纳米片。在淀粉糊添加P-EGAM制备P-EGAM/淀粉复合材料的应用实验中,P-EGAM能达到增粘的效果,并存在最佳添加量为2.5%。最后,综合对比两种材料的制备、表征、应用等结果,初步推测葡萄糖酸蒙脱石的剥离机理,并根据产品DSC的吸热焓变数据,定量计算了产品的剥离率。葡萄糖酸改性碱性钙其膨润土的研究与开发,可以将膨润土和木薯淀粉两种资源的开发与利用有机地结合起来,拓宽膨润土在有机溶剂脱水、亲水性高分子复合材料方面的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 研究的基本思路与内容
• 1.3 本研究的创新之处
• 第二章 文献综述
• 2.1 膨润土传统的有机改性方法
• 2.1.1 膨润土传统有机化改性的一般原理
• 2.1.2 传统有机膨润土的制备方法
• 2.1.3 传统有机膨润土制备研究概况
• 2.1.4 膨润土传统有机改性方法的局限性
• 2.2 碱性钙基膨润土及其有机改性
• 2.2.1 碱性钙基膨润土的性质及制备工艺
• 2.2.2 碱性钙基膨润土的有机改性
• 2.3 用于乙醇脱水的脱水材料研究概述
• 2.3.1 分子筛吸附法制取无水乙醇
• 2.3.2 作物吸附法制取无水乙醇
• 2.3.3 碱性钙基膨润土吸附法制取无水乙醇
• 2.4 纳米膨润土的研究概述
• 2.4.1 聚合物/粘土纳米复合材料的分类
• 2.4.2 聚合物/膨润土纳米复合材料的制备方法
• 2.4.3 多糖/蒙脱石复合材料制备的研究
• 2.4.4 淀粉/蒙脱石复合材料制备的研究
• 第三章 葡萄糖酸改性膨润土脱水材料的制备及应用
• 3.1 实验原理
• 3.1.1 脱水材料的制备原理
• 3.1.2 脱水材料乙醇脱水的原理
• 3.2 实验过程与方法
• 3.2.1 材料与仪器
• 3.2.2 脱水材料制备条件的优选
• 3.2.3 脱水率的测定
• 3.2.4 脱水材料的成型工艺
• 3.2.5 乙醇脱水性能测试
• 3.2.6 表征与测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 制备条件对脱水率的影响
• 3.3.2 脱水材料的结构表征分析
• 3.3.3 乙醇脱水性能测试
• 3.4 小结
• 第四章 粒子剥离型葡萄糖酸蒙脱石的制备及应用
• 4.1 实验原理
• 4.1.1 P-EGAM的制备原理
• 4.1.2 P-EGAM/淀粉复合材料的制备原理
• 4.2 实验过程与方法
• 4.2.1 材料与仪器
• 4.2.2 P-EGAM制备条件的优选
• 4.2.3 有机含量的测定
• 4.2.4 P-EGAM/淀粉复合材料的制备及流变性研究
• 4.2.5 表征与测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 制备条件对反应的影响
• 4.3.2 P-EGAM的结构表征
• 4.3.3 P-EGAM/淀粉复合材料的制备及流变性研究
• 4.4 小结
• 第五章 葡萄糖酸纳米蒙脱石剥离机理的探讨
• 5.1 实验原理
• 5.1.1 P-EGAM剥离程度的概念及测算原理
• 5.2 实验过程与方法
• 5.2.1 材料与仪器
• 5.2.2 剥离程度的计算
• 5.2.3 测试方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 制备工艺条件对DSC分析结果的影响
• 5.3.2 剥离程度的计算结果
• 5.3.3 反应程度与剥离程度的对比
• 5.3.4 葡萄糖酸蒙脱石的剥离机理探讨
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文