油頁(yè)巖半焦海藻酸鈉丙烯酰胺復(fù)合保水劑的研究進(jìn)展及制備初探

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目油頁(yè)巖半焦/海藻酸鈉/丙烯酰胺復(fù)合保水劑的研究進(jìn)展及制備初探[9]。因此，在以上已有的研究基礎(chǔ)上對(duì)高吸水樹脂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)制備技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，完全可能實(shí)現(xiàn)本課題的研究設(shè)想，是可行的。1材料與方法試劑表SEQ表\*ARABIC1試劑試劑名稱純度生產(chǎn)廠家丙烯酰胺AR天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所海藻酸鈉AR阿拉丁過硫酸銨AR天津市百世化工有限公司N,N-亞甲基雙丙烯酰胺AR天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司氯化鈉AR天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司半焦AR蘭州煉油化工總廠儀器表SEQ表\*ARABIC2儀器儀器名稱型號(hào)生產(chǎn)廠家集熱式恒溫磁力攪拌浴19081270鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司烘箱DHG-9036A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱高速粉碎機(jī)DE-250g浙江紅景天工貿(mào)有限公司磁力加熱攪拌器Cjj-6S常州市金壇大地自動(dòng)化儀器廠電子天平FA20048上海佑科儀器儀表有限公司1.3樣品制備1.3.1丙烯酰胺海藻酸鈉系列-優(yōu)化引發(fā)劑過硫酸銨各稱取海藻酸鈉0.3g五份于五個(gè)三口燒瓶中，加入30ml蒸餾水，在80℃的恒溫油浴鍋中保溫反應(yīng)30min。再稱取0.8333g的半焦加入到三口燒瓶中反應(yīng)，通氮?dú)獠⒈?0min。稱取過硫酸銨3.0%（0.6840g）、2.5%（0.5700g）、2.0%（0.4560g）、1.5%（0.3420g）、1.0%（0.2280g），分別溶解裝入恒壓漏斗并固定。分別取五個(gè)干凈小燒杯，稱取7.2g丙烯酰胺加6ml水微加熱至完全溶解，稱取交聯(lián)劑N-N亞甲基雙丙烯酰胺0.1080g加入到燒杯中溶解，裝入恒壓漏斗。打開裝有過硫酸銨的恒壓漏斗，反應(yīng)5min，打開裝有丙烯酰胺和N-N亞甲基雙丙烯酰胺的漏斗，開始聚合，反應(yīng)10min。全程攪拌且要通氮?dú)?。待樣品聚合后關(guān)閉攪拌器，通氮?dú)狻?0℃保溫3h。取出聚合物，粉碎在烘箱中80℃烘干12h。將固體用粉碎機(jī)粉碎，過40目篩子，將產(chǎn)物裝入自封袋，并標(biāo)注。然后進(jìn)行吸水性能和耐鹽堿性能的測(cè)定。室溫下，稱取0.05g樣品置于500mL蒸餾水/0.9%的NaCl溶液中，溶脹達(dá)到平衡后（大約6h）,將樣品放在100目網(wǎng)篩上過濾2min，濾去水分后稱量。并計(jì)算吸水倍率。選出吸水倍率最高的樣品，作為下一組制備最優(yōu)量的條件。1.3.2丙烯酰胺海藻酸鈉系列-優(yōu)化交聯(lián)劑N，N-亞甲基雙丙烯酰胺各稱取海藻酸鈉0.3g五份于五個(gè)三口燒瓶中，加入30ml蒸餾水?dāng)嚢?，?0℃的恒溫油浴鍋中保溫30min。各稱取0.8333g的半焦加入到三口燒瓶中，通氮?dú)獠⒈?0min。稱取過硫酸銨，分別溶解裝入恒壓漏斗并固定。分別取五個(gè)干凈小燒杯，稱取7.2g丙烯酰胺加6ml水微加熱溶解，稱取交聯(lián)劑N-N亞甲基雙丙烯酰胺3.0%（0.2160）2.5%（0.1800g）、2.0%（0.1440g）、1.5%（0.1080g）、1.0%（0.0720g）加入燒杯溶解，裝入恒壓漏斗并固定。打開裝有過硫酸銨的恒壓漏斗，反應(yīng)5min，打開裝有丙烯酰胺和N-N亞甲基雙丙烯酰胺的漏斗，開始聚合，反應(yīng)10min。全程攪拌且要通氮?dú)?。聚合后關(guān)閉攪拌器，通氮?dú)狻?0℃保溫3h。取出聚合物，粉碎，在烘箱中80℃烘干12h。將固體用粉碎機(jī)粉碎，過40目篩子，將產(chǎn)物裝入自封袋，并標(biāo)注。然后進(jìn)行吸水性能和耐鹽堿性能的測(cè)定。室溫下，稱取0.05g樣品置于500mL蒸餾水/0.9%的NaCl溶液中，溶脹達(dá)到平衡后（大約6h）,將樣品放在100目網(wǎng)篩上過濾2min，濾去水分后稱量。并計(jì)算吸水倍率。挑選出吸水倍率最高的樣品，作為下一組制備最優(yōu)量的條件。1.3.3丙烯酰胺海藻酸鈉系列-優(yōu)化丙烯酰胺各稱取海藻酸鈉0.3g五份于五個(gè)三口燒瓶中，加入30ml蒸餾水?dāng)嚢?，?0℃的恒溫油浴鍋中保溫30min。各稱取0.8333g的半焦加入到三口燒瓶中，通氮?dú)獠⒈?0min。稱取過硫酸銨（選取第一組過硫酸銨的最優(yōu)量），分別溶解裝入恒壓漏斗并固定。分別取五個(gè)干凈小燒杯，稱取3.6g、4.8g、7.2g、10.8g、14.4g丙烯酰胺加6ml水微加熱溶解，稱取交聯(lián)劑N-N亞甲基雙丙烯酰胺加入燒杯溶解，裝入恒壓漏斗并固定。打開裝有過硫酸銨的恒壓漏斗，反應(yīng)5min，打開裝有丙烯酰胺和N-N亞甲基雙丙烯酰胺的漏斗，開始聚合，反應(yīng)10min。全程攪拌且要通氮?dú)?。聚合后關(guān)閉攪拌器，通氮?dú)狻?0℃保溫3h。取出聚合物，粉碎，在烘箱中80℃烘干12h。將固體用粉碎機(jī)粉碎，過40目篩子，將產(chǎn)物裝入自封袋，并標(biāo)注。然后進(jìn)行吸水性能和耐鹽堿性能的測(cè)定。室溫下，稱取0.05g樣品置于500mL蒸餾水/0.9%的NaCl溶液中，溶脹達(dá)到平衡后（大約6h）,將樣品放在100目網(wǎng)篩上過濾2min，濾去水分后稱量。并計(jì)算吸水倍率。挑選出吸水倍率最高的樣品，作為下一組制備最優(yōu)量的條件。1.3.4丙烯酰胺海藻酸鈉系列-優(yōu)化半焦各稱取海藻酸鈉0.3g五份于五個(gè)三口燒瓶中，加入30ml蒸餾水?dāng)嚢?，?0℃的恒溫油浴鍋中保溫30min。稱取0.2084g（2.5%）、0.4167g（5%）、0.8333g（10%）、1.2500g（15%）、1.6666g（20%）的半焦加入到三口燒瓶中，通氮?dú)獠⒈?0min。稱取過硫酸銨，分別溶解裝入恒壓漏斗并固定。分別取五個(gè)干凈小燒杯，稱取丙烯酰胺加6ml水微加熱溶解，稱取交聯(lián)劑N-N亞甲基雙丙烯酰胺（加入燒杯溶解，裝入恒壓漏斗并固定。打開裝有過硫酸銨的恒壓漏斗，反應(yīng)5min，打開裝有丙烯酰胺和N-N亞甲基雙丙烯酰胺的漏斗，開始聚合，反應(yīng)10min。全程攪拌且要通氮?dú)?。聚合后關(guān)閉攪拌器，通氮?dú)狻?0℃保溫3h。取出聚合物，粉碎，在烘箱中80℃烘干12h。將固體用粉碎機(jī)粉碎，過40目篩子，將產(chǎn)物裝入自封袋，并標(biāo)注。然后進(jìn)行吸水性能和耐鹽堿性能的測(cè)定。室溫下，稱取0.05g樣品置于500mL蒸餾水/0.9%的NaCl溶液中，溶脹達(dá)到平衡后（大約6h）,將樣品放在100目網(wǎng)篩上過濾2min，濾去水分后稱量。并計(jì)算吸水倍率。挑選出吸水倍率最高的樣品，作為下一組制備最優(yōu)量的條件。1.4性能測(cè)定1.4.1丙烯酰胺海藻酸鈉系列保水劑吸水速率測(cè)定在數(shù)只燒杯中各加入500mL蒸餾水/0.9%NaCl溶液，分別各加入0.05g最優(yōu)樣品，分別靜置不同時(shí)間測(cè)定吸水倍率與時(shí)間的關(guān)系。吸水時(shí)間可以選擇為（0、5、10、15、30、60、90、120、150、180、240、360min），然后稱重，計(jì)算吸水倍率。1.4.2丙烯酰胺海藻酸鈉系列保水劑在不同鹽溶液中吸水速率的測(cè)定稱取0.05g最優(yōu)樣品，分別加入(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%)500mLKCl溶液中，溶脹平衡后（6h）將其拿出并稱重，計(jì)算吸水倍率；稱取0.05g最優(yōu)樣品，分別加入(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%)500mLCaCl2溶液中，溶脹平衡后（6h）將其拿出并稱重，計(jì)算吸水倍率；稱取0.05g最優(yōu)樣品，分別加入(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%)500mLAlCl3溶液中，溶脹平衡后（6h）將其拿出并稱重，計(jì)算吸水倍率；1.4.3丙烯酰胺海藻酸鈉系列保水劑添加不同量半焦保水性能的測(cè)定分別稱取0.5g（選取添加0%和10%半焦的保水劑）干燥的保水劑樣品置于500mL蒸餾水/0.9%NaCl溶液中，溶脹6h測(cè)定其吸水倍率，之后將溶脹樣品放在室溫下，每隔一定時(shí)間（2h、4h、6h、8h、10、15h、20h、24h、48h、72h）測(cè)定一次保水劑的重量，計(jì)算保水性能WR=W/W0，W0為完全溶脹樣品的重量，W為一定時(shí)間間隔內(nèi)樣品的重量。2結(jié)果與分析2.1紅外表征分析圖1SA-g-PAM/CC，SA-g-PAM和CC的FTIR光譜圖圖1給出了SA-g-PAM/CC，SA-g-PAM和CC的FTIR光譜。CC的特征吸收峰在1031cm-1、943cm-1和523cm-1處，分別對(duì)應(yīng)高嶺石的Si-O伸縮振動(dòng)和Si-O-Si的彎曲振動(dòng)。3443cm-1處歸屬于羥基的特征吸收峰，波數(shù)大于3443cm-1的弱峰為-OH與高嶺石八面體協(xié)調(diào)的伸縮振動(dòng)，其中，高嶺石是CC的主要成分。此外，2924cm-1和2852cm-1處為甲基和亞甲基反對(duì)稱伸縮振動(dòng)的特征吸收峰，1618cm-1處為-COO-的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，這歸屬于半焦中其他有機(jī)質(zhì)。從SA-g-PAM/CC的譜線中可以看出，出現(xiàn)在1031cm-1處的峰在復(fù)合保水劑中紅移到1039cm-1，1618cm-1處的峰紅移到1635cm-1，同時(shí)在SA-g-PAM/CC也出現(xiàn)了SA-g-PAM保水劑的相應(yīng)的峰，說明成功制備了SA-g-PAM/CC復(fù)合保水劑REF_Ref28413\r\h[10]。2.2引發(fā)劑的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水和耐鹽性能的影響圖2引發(fā)劑的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水和耐鹽性能的影響圖2給出了引發(fā)劑的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水耐鹽性能的影響，如圖所示，當(dāng)其他工藝條件確定，隨著過硫酸銨量的增加，吸水倍率和在0.9%NaCl溶液中的吸水倍率逐漸增加，當(dāng)過硫酸銨的添加量為2.5%時(shí)，該復(fù)合保水劑的吸水倍率和耐鹽性能達(dá)到最高。2.3交聯(lián)劑的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水和耐鹽性能的影響圖3交聯(lián)劑的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水和耐鹽性能的影響圖3給出了交聯(lián)劑的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水耐鹽性能的影響，如圖所示，過硫酸銨的添加量為2.5%，其他工藝條件確定，隨著N-N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）量的增加，吸水倍率和在0.9%NaCl溶液中的吸水倍率逐漸增加，當(dāng)N-N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）添加量為2.5%時(shí)，該復(fù)合保水劑的吸水倍率和耐鹽性能達(dá)到最高。2.4丙烯酰胺的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水和耐鹽性能的影響圖4丙烯酰胺的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水和耐鹽性能的影響圖4給出了單體用量對(duì)復(fù)合保水劑吸水耐鹽性能的影響，如圖所示，過硫酸銨的添加量為2.5%，N-N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）的添加量為2.5%，其他工藝條件確定，隨著丙烯酰胺量的增加，吸水倍率和在0.9%NaCl溶液中的吸水倍率逐漸增加，丙烯酰胺量為7.2g時(shí)，該復(fù)合保水劑的吸水倍率和耐鹽性能達(dá)到最高，而后，隨著單體量的增加，吸水倍率減小。2.5半焦的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水和耐鹽性能的影響圖5半焦的量對(duì)復(fù)合保水劑吸水和耐鹽性能的影響圖5給出了單體用量對(duì)復(fù)合保水劑吸水耐鹽性能的影響，如圖所示，過硫酸銨的添加量為2.5%，N-N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）的添加量為2.5%，單體（丙烯酰胺）的量為7.2g，其他工藝條件確定，隨著半焦添加量的增加，吸水倍率和在0.9%NaCl溶液中的吸水倍率逐漸增加，當(dāng)半焦的量為10%時(shí)，該復(fù)合保水劑的吸水倍率和耐鹽性能達(dá)到最高，而后，隨著半焦量的增加，吸水倍率減小。2.6復(fù)合保水劑在不同時(shí)間的吸水和耐鹽性能圖6在蒸餾水中，不同時(shí)間的吸水速率圖6給出了最優(yōu)條件：過硫酸銨的添加量為2.5%，N-N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）的添加量為2.5%，單體（丙烯酰胺）量為7.2g，半焦添加量為10%制備的最優(yōu)復(fù)合保水劑在蒸餾水中不同時(shí)間下的溶脹率。如圖所示，半焦添加量10%的保水劑在240min，溶脹率趨于穩(wěn)定，達(dá)到63.0g/g，添加半焦0%的保水劑的溶脹率在60min達(dá)到平衡，溶脹率為58.0g/g。圖7在0.9%NaCl溶液中，不同時(shí)間的吸水速率圖7給出了最優(yōu)條件下制備的復(fù)合保水劑在0.9%NaCl溶液中不同時(shí)間下的溶脹率。如圖7所示，在0.9%的NaCl溶液中，半焦添加量10%的產(chǎn)品溶脹率緩慢增加，最后在240min后基本保持不變，半焦添加量為10%的產(chǎn)品在0~130min溶脹率逐漸增加，在150min后趨于穩(wěn)定。2.7復(fù)合保水劑在不同鹽溶液中的吸水和耐鹽性能圖8在不同鹽溶液中的保水率如圖8所示，KCl溶液中保水劑的溶脹率要遠(yuǎn)高于其余兩種鹽溶液中保水劑的溶脹率。在0.7%～0.9%時(shí)，AlCl3溶液中保水劑的溶脹率比CaCl2鹽溶液中保水劑的溶脹率更高。三種溶液中的整體趨勢(shì)是隨著溶液濃度的增加，溶脹率逐漸降低。2.8復(fù)合保水劑保水性能的測(cè)定圖9在蒸餾水中的保水率圖9給出了最優(yōu)條件下制備的復(fù)合保水劑在蒸餾水中的保水性能。如圖9所示，半焦添加量為0%的保水劑在蒸餾水中10h后，保水率趨于穩(wěn)定，保水率穩(wěn)定于31.2%，半焦添加量為10%的保水劑在蒸餾水中10h后，保水率趨于穩(wěn)定，保水率穩(wěn)定于39.98%。圖10在0.9%NaCl溶液中的保水率圖10給出了最優(yōu)條件下制備的復(fù)合保水劑在0.9%NaCl溶液中的保水性能。如REF_Ref11223\h圖10所示，半焦添加量為0%的保水劑在0.9%NaCl溶液中10h后，保水率趨于穩(wěn)定，保水率穩(wěn)定于28.2%，半焦添加量為10%的保水劑在0.9%NaCl溶液中10h后，保水率趨于穩(wěn)定。保水率穩(wěn)定于69.12%，說明制備的復(fù)合保水劑在蒸餾水中和0.9%NaCl溶液中具有較好的保水性能。3結(jié)論經(jīng)過一系列的保水劑制備優(yōu)化以及性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)，可以得出以海藻酸鈉為接枝骨架，丙烯酰胺為單體制備的保水劑，當(dāng)過硫酸銨的添加量為2.5%，N-N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）的添加量為2.5%，單體（丙烯酰胺）的量為7.2g，半焦的添加量為10%時(shí)，制備的保水劑性能最佳。制得的保水劑雖然吸水性能較差，但耐鹽堿性能較好。這是因?yàn)楸０肥欠请x子型單體。說明以丙烯酰胺為單體進(jìn)行聚合，有助于增加保水劑材料的耐鹽性能。該論文以廢棄物半焦為原料制備新型保水劑，秉承了可持續(xù)發(fā)展的理念。為后期研究其他類型保水劑的制備提供了理論支撐REF_Ref28479\r