摘要
我国作为煤资源大国，每年煤焦油的开发利用产生大量的副产物煤沥青，而其中煤沥青的多项应用均可能会对自然造成大量的污染。具体的常见应用为制备碳材料、浸渍剂、针状焦与筑路沥青等，但其过高的产量却远远超过这些应用的消耗。因此，关于煤沥青资源的高效开发利用是现如今亟待解决的一个大方向，研究人员便将主要关注点聚焦于寻求新的转化途径、拓宽常见应用范围、加大开发效率等。其中，利用煤沥青中较高的芳香程度可获得苯多酸类衍生物，但该类产物的分布范围较宽、提取操作较繁琐，均会给产物的后期分离带来困难，同时应用途径也较为匮乏。因此，如何有效使用产物内含有的大量羧酸基团与苯环结构，开发制备出多类新型实用材料是目前的研究重点。 由于大量羧酸官能团可加大高吸水性树脂的吸水倍率，同时其高吸水性能可帮助在农林作物、医疗卫生、建筑以及废水处理等方面进行应用。其中，腐殖酸类树脂的较低耐碱性会限制其应用，并且腐殖酸收集成本较高、提取过程会对环境产生污染。由于煤沥青制备的苯羧酸与腐殖酸具有大量相似点，可选择其作为原料制备具有一定优异性能的新型高吸水性树脂。因此，该研究对于煤沥青的新型应用途径与吸水树脂的原料选择提供了更多的可能性。 本论文将煤沥青氧化后获得的液相产物内大量芳香羧酸物质作为切入点，将其作为功能添加材料制备高吸水性树脂材料，并对合成树脂进行制备与性能研究。主要进行以下三个方面的工作： 1．以煤沥青为原料，氧气为氧化剂，碱性水溶液为介质，考察了不同液固比（水∶煤沥青）、固碱比（煤沥青∶氢氧化钾）、反应时间及反应温度对煤沥青氧化失重率的影响。结果得知：煤沥青（30g）、氢氧化钾（60g）、去离子水（200ml）、反应时间为2h、反应温度为240℃，获得的煤沥青失重率为31.3%。使用红外光谱仪与扫描电镜仪进行煤沥青与氧化煤沥青的表征，氧化沥青的芳香程度与含氧官能团较煤沥青发生提高，孔隙结构与粗糙程度增多；而其中的煤沥青碱氧处理获得的液体产物与煤酸的表征可知，液体产物较煤酸含有更多的脂肪族羧酸、羟基、芳香醚或酯基等，粗糙度加大。 2．利用丙烯酸质量的60%的煤沥青氧化液相产物，丙烯酸质量的3.8%过硫酸铵为引发剂，丙烯酸质量的0.2%N,N，-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在反应温度为75℃下，通过溶液聚合法制备得高吸水性树脂。液体产物内含有的大量亲水性官能团加强了树脂对水溶液内的分子作用，在去离子水与生理盐水内于2小时达到饱和吸水倍率，分别为613.2g/g与42.2g/g。具体的实验部分有，吸水树脂的制备实验为单因素实验与正交分析实验，以此确定各因素对树脂吸水性能的影响与最佳反应条件；采用红外光谱、扫描电镜及热重分析进行合成树脂的表征；推测合成树脂的具体反应机理分析；进行合成树脂的多项性能研究。树脂具有较多的刚性芳香环、酯基官能团以及亲水性羧基官能团等；粗糙度与孔隙结构进行了增加；具有较好的耐温性、耐碱性与重复适用性。 3．选择煤沥青氧化液相产物、丙烯酸、丙烯酰胺、聚乙二醇（200）、过硫酸铵、N,N，-亚甲基双丙烯酰胺作为反应物（具体原料比为1.2∶2∶0.2∶0.06∶0.004），聚合温度为80℃，制备获得吸水树脂，在去离子水内与生理盐水内于1小时达到饱和吸水倍率（451.8g/g与115.7g/g）。具体的实验为单因素、正交分析、结构表征与性能研究，研究各反应因素对吸水性能的影响、确立最佳的反应条件、推测可能的反应机理、探究各项树脂性能。获得的树脂具有更多的芳香骨架-C=C-官能团与-CONH2、-COOH、-O-C=O等官能团，内含更多的孔隙结构，增大表面粗糙程度与比表面积，这些特点帮助提高树脂的耐盐性、减少达到饱和吸水倍率的时间、加强三维凝胶树脂的强度，同时具有较好的耐温性。
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