羧甲基高吸水树脂在盐溶液中吸液性能比较*

乌仁其木格，郑玉霞，付　渊

(内蒙古化工职业学院，内蒙古　呼和浩特　010070)



羧甲基高吸水树脂在盐溶液中吸液性能比较*

乌仁其木格，郑玉霞，付渊

(内蒙古化工职业学院，内蒙古呼和浩特010070)

羧甲基马铃薯淀粉为原料合成高吸水树脂，并对其在不同盐溶液中的吸液性能进行了比较。结果表明：溶液的离子强度越大，高吸水树脂的吸水能力越差。离子强度相同的钠盐溶液中，该树脂吸附量大小顺序依次为：磷酸钠、碳酸钠、氯化钠和溴化钠、氯化钠、氟化钠。在等离子强度的氯盐溶液中，高吸水树脂的平衡吸附量由大到小顺序依次为：氯化锂、氯化钠、氯化钾 和 氯化钠、氯化铁、氯化铜。

羧甲基马铃薯淀粉；高吸水树脂；盐溶液

高吸水树脂是一类新型的功能高分子材料，因其优良的性能已被广泛应用于农林园艺、生理卫生、医药医疗等各领域。高吸水树脂含有大量的功能基团-COO-和三维网络结构，它对染料和重金属离子的吸附研究近年来备受关注[1]。本文研究羧甲基高吸水树脂在不同盐溶液中的吸液性能，为其应用于废水处理提供参考。

1　实　验

1.1原料及仪器

N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，丙烯酸，过硫酸钾，氢氧化钠，氯化钠，氯化钾，无水氯化镁，无水氯化钙，十水碳酸钠，磷酸钠，氟化钠，溴化钠，氯化锂，氯化铜，氯化铁，以上试剂均为AR；羧甲基马铃薯淀粉，自制。

1.2羧甲基马铃薯淀粉基高吸水树脂的制备

将羧甲基马铃薯淀粉和去离子水在搅拌下充分混合，加入用氢氧化钠提前中和好的丙烯酸、引发剂过硫酸钾和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，在氮气保护下缓慢升温，当温度达到90～100 ℃继续加热，使其在该温度范围内反应1 h，停止通氮气，冷却至室温即得羧甲基马铃薯淀粉基高吸水树脂(简称为高吸水树脂)。

1.3性能测试

吸液能力的定量表示是吸液倍率。吸液倍率是指高吸水树脂在单位质量所吸收液体的量。单位为 g/g 或倍数。数学表达式为：

式中：Q——吸液倍率

m1——吸液前树脂的质量，g

m2——吸液后树脂的质量，g

2　结果与讨论

2.1高吸水树脂在不同浓度不同盐溶液中的吸水能力

用不同的盐NaCl、kCl、MgCl2和CaCl2配成五种相同浓度的水溶液，测定高吸水树脂对其的吸水率。

从图1可以看出，水中的阳离子使高吸水树脂吸水能力显著降低，在相同浓度盐溶液中，离子电荷越高，高吸水树脂吸水性降低越多。离子浓度越大，吸水倍率越低，当浓度太大时，吸水能力几乎丧失。这是由于盐溶液中离子强度大于纯水，高聚物网络结构内外离子浓度差减小，渗透压降低，所以吸水能力降低[2]。由此可见,溶液的离子强度越大，高吸水树脂的吸水能力越差。

图1　高吸水树脂在不同盐溶液中的吸水率

2.2高吸水树脂在不同阴离子的 Na+盐溶液中的吸液能力

用不同的盐Na2CO3、Na3PO4、NaF、NaCl、NaBr配置离子强度均为0.1 mol/mg的溶液，测定高吸水树脂在不同阴离子的Na+盐溶液中的吸液性能。

图2　普通高吸水树脂在NaX溶液中的吸液率

图3　普通高吸水树脂在NaA溶液中的吸液率

从图2可以看出，等离子强度NaX溶液中，高吸水树脂的平衡吸液倍率：NaF

从图3可以看出，高吸水树脂在等离子强度的 NaA溶液中，其平衡吸液倍率的顺序为：氯化钠、碳酸钠、磷酸钠。在三种盐离子强度相等时，碳酸钠与磷酸钠溶液中钠离子浓度分别为氯化钠溶液中钠离子的三分之二和二分之一。高吸水树脂在这三种溶液间的渗透压顺序为：氯化钠、碳酸钠、磷酸钠，使高吸水树脂网络链扩张顺序同上[3]。

2.3高吸水树脂在不同阳离子的 Cl-盐溶液中中的吸液能力

配置离子强度均为0.1 mol/mg的LiCl、NaCl、KCl、CuCl2、FeCl3溶液，测定高吸水树脂在不同阳离子的Cl-盐溶液中的吸液性能。

图4　普通高吸水树脂在碱金属 Cl-盐溶液中的吸液率

从图4可知，普通高吸水树脂在等离子强度的碱金属 Cl-盐溶液中的平衡吸液倍率为：LiCl>NaCl>KCl。在三种溶液离子强度相等时，Li+、Na+和 K+的半径分别为依次增大，与水形成的水合阳离子的半径也逐次增大，Li+水合作用最大而 K+水合作用最小，水对 Li+屏蔽作用最大而对K+屏蔽作用最小[4]。高吸水树脂在等离子强度的三种溶液中的渗透压大小顺序为：LiCl>NaCl>KCl。

图5　普通高吸水树脂在不同价金属Cl-盐溶液中的吸液率

图5结果表明，普通高吸水树脂在等离子强度的不同价Cl-盐溶液中的平衡吸液倍率顺序为：NaCl>FeCl3>CuCl2。Cu2+和Fe3+与高吸水树脂网络链上-COO-有螯合作用，可将螯合作用与溶胀视为竞争反应。在吸液开始阶段，溶胀作用>螯合作用，高吸水树脂吸液倍率增加。因Cu2+和Fe3+与-COO-形成络合物的稳定常数相差不大[5]，两种盐离子强度相等时，Cu2+浓度为Fe3+的2 倍，导致高吸水树脂在Cu2+溶液中塌陷比在Fe3+溶液中严重。所以高吸水树脂在等离子强度的Cl-盐溶液中的平衡吸液倍率为：NaCl>FeCl3>CuCl2。

3　结　论

以羧甲基马铃薯淀粉为原料合成的高吸水树脂本身主要是离子型高吸水树脂，因此其吸液性能必然要受到溶液中溶质性质的影响。溶液的离子强度越大，高吸水树脂的吸水能力越差。离子强度相同的Na+盐中，高吸水树脂平衡吸附量大小顺序为：Na3PO4、Na2CO3、NaCl和NaBr、NaCl、NaF。在等离子强度的 Cl-盐溶液中，高吸水树脂的平衡吸附量由大到小顺序依次为：LiCl、NaCl、KCl和NaCl、FeCl3、CuCl2。

[1]贾振宇,崔英德,黎新民,等.聚丙烯酸钠高吸水性树脂的改性研究进展[J].化工进展,2004, 23(5):468-471.

[2]谢建军,刘新容,梁吉福,等.吸水树脂吸附分离研究进展[J].高分子通报,2007,20(9):52-58.

[3]董延茂,路建美,鲍治宇.淀粉接枝聚合物的合成与性能研究[J].哈尔滨工业大学学报,2004,36(9):1161-1163.

[4]刘新容.丙烯酸-丙烯酰胺高吸水树脂溶液共聚合成与吸液吸附性能研究[D].湘潭:湘潭大学,2006.

[5]温国华,王莉莉,孙国强.玉米淀粉接枝丙烯酸盐合成含钾的高吸水树脂及其性能研究[J].胶体与聚合物,2004,22(2):17-19.

Comparison of Properties of Carboxymethyl Starch Superabsorbent in Salt Solutions*

WURENQIMUGE, ZHENG Yu-xia, FU Yuan

(Inner Mongolia Chemical Engineering Professional College, Inner Mongolia Hohhot 010070, China)

High water absorbent resin was prepared using carboxymethyl potato starch as raw materials, and its absorption properties in different salt solutions were compared. The results showed that the higher the ionic strength of the solution, the worse the water absorption ability of the super absorbent resin. In the plasma intensity of sodium salt, the equilibrium adsorption was amount of the superabsorbent in the order of NaBr, NaCl, NaF and Na3PO4, Na2CO3, NaCl. In the plasma intensity of chlorine salt solution, the equilibrium adsorption was amount of the superabsorbent in the order of LiCl, NaCl, KCl and NaCl, FeCl3, CuCl2.

Carboxymethyl starch; super absorbent resin; salt solution

内蒙古化工职业学院科研项目(项目编号:HY2R1501)。

乌仁其木格(1973-)，女，讲师，主要从事煤炭深加工与利用教学研究。

TQ424.3, TQ085.4

A

1001-9677(2016)014-0067-02