滴球法制备球形聚丙烯酸叔丁酯载体材料及特性研究
对于气体吸附材料而言，载体的结构和特性决定了复合材料的各项性能。与其他载体相比，球形聚丙烯酸酯材料具有低密度、高孔隙率、孔表面易修饰等优点。但通过悬浮聚合法制备的球形聚丙烯酸酯基体存在产率不高、粒径分布不集中、强度偏低等问题。因此，为了提高其综合性能,本文采用滴球法合成了球形聚丙烯酸酯载体材料。主要研究内容如下: (1)采用乳液聚合法和滴球法，制备了球形聚丙烯酸叔丁酯载体材料。研究了乳液黏度、聚合温度、机械设备参数等因素对材料性能的影响，并基于最优操作条件，制备了球形聚丙烯酸叔丁酯载体材料。材料总收率为59.7％,其中粒径在0.42 mm-0.85 mm范围内的球形颗粒占比为75.9％,机械强度为30 MPa,堆密度为0.16 g/cm3,孔径主要分布在0.8-2.5 μm范围内，平均孔径为1.53 μm,具有发达、互通的孔结构，是作为气体吸附材料的优良载体。 (2)通过调控乳液组成和滴球方式，制备了含纳米金属氧化物的球形聚丙烯酸叔丁酯载体材料。探究了滴球位置和纳米金属氧化物含量对材料合成的影响。当纳米氧化锌用量为2.5 g时，采用液面下方滴球方式合成的氧化锌/聚丙烯酸叔丁酯材料性能最优。具体表现为:材料总收率为72.1％,其中粒径在0.4-1.0 mm范围内的材料占比为92.3％,平均机械强度为48.0 MPa,堆密度为0.26 g/cm3。材料孔径主要分布在0.1-1.0 μm,平均孔径为1.03 μm。当纳米二氧化硅用量为2.7 g时，采用液面下方滴球方式合成的纳米氧化硅/聚丙烯酸叔丁酯载体材料性能最优。具体表现为:材料总收率为74％，其中粒径在0.4-1.0 mm范围内的材料占比为87.2％,平均机械强度为51.0 MPa,堆密度为0.32 g/cm3,以0.1-1.0 μm的孔径为主，平均孔径为1.46 μm。实验表明，两种材料展现了良好的性能参数，在工作温度内(60-120℃)结构稳定，但由于纳米金属氧化物的加入，材料的平均孔径会发生缩减，在一定程度上影响后续吸附材料的吸附能力。 (3)对球形聚丙烯酸叔丁酯和氧化锌/聚丙烯酸叔丁酯两种材料进行了小规模放大研究，放大规模约300倍。在乳化釜搅拌速率为120 r/min的条件下，合成了收率为58.71％,平均机械强度为27.0 MPa,堆积密度为0.18 g/cm3，粒径主要分布在0.5-0.9 mm范围内的球形聚丙烯酸叔丁酯材料;以及收率为69.84％,平均机械强度为45.0 MPa,堆积密度为0.28 g/cm3,粒径主要分布在0.6-1.0 mm范围内的球形氧化锌/聚丙烯酸叔丁酯材料。测试表明，两种材料在工作温度范围(60-120℃)内能够维持结构稳定。在流化床中动态流化处理10 h后，球形聚丙烯酸叔丁酯材料的磨损率为0.1wt.％·h-1;球形氧化锌/聚丙烯酸叔丁酯材料的磨损率为0.06 wt.％·h-1。具有良好的机械性能、热稳定性能与抗磨损性能，基本消除了放大造成的边界效应。
吸附剂;球形聚丙烯酸叔丁酯载体;滴球法;磨损率;机械性能;热稳定性能;抗磨损性能
北京化工大学
硕士
材料与化工
密建国;车春霞
2023
中文
TQ424
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）