摘要
超吸水聚合物(SAP)以其优良的保水性能逐渐被应用于农业及干旱区生态治理方面，但在材料性能方面仍存在可重复使用性低，吸水率低等方面的问题。交联聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)是一种具有优异溶胀性能的交联聚合物，其在水中溶胀而不溶于水且在溶胀的过程中不会形成凝胶阻碍水浸入材料内部。PVPP的性质不同于聚乙烯吡咯烷酮和乙烯吡咯烷酮，更适合于应用在超吸水聚合物材料中。反应介质的种类及用量是影响溶液聚合法制备超吸水聚合物材料的重要因素之一，也是在以往的研究中常常被忽视的因素。此外，探讨材料的实际应用方法将材料的效用最大化也是研究中必不可少的。因此，本文将以交联聚乙烯吡咯烷酮为原料制备高性能的超吸水聚合物，探讨反应介质用量及种类对材料性能的影响，并对其进行应用评价来检验材料在荒漠治理中的实际应用效果。结果如下： 1、以尿素、丙烯酸和PVPP为原料通过溶液聚合法合成了超吸水性聚合物(SAP1)，采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)等手段对材料的结构和形貌进行了表征和性能研究，并对影响超吸水性聚合物吸水性能的合成条件进行了优化。结果表明：SAP1具有良好的保水和重复溶胀性能，在蒸馏水、自来水和0.9%NaCl溶液中的最大吸水率分别为2013g/g、261g/g和115g/g。此外，反应介质的用量对材料的性能有着显著的影响，在其它因素均为最佳值的条件下，反应介质用量对蒸馏水吸水率的影响可达1086g，对自来水吸水率的影响为24g，对0.9%NaCl溶液吸水率的影响为35g。 2、以自来水为反应介质，以丙烯酸和PVPP为原料通过溶液聚合法合成了超吸水性聚合物(SAP2)，对影响超吸水性聚合物吸水性能的合成条件进行了优化，并研究了不同离子对材料凝胶化时间及吸水率的影响。结果表明：SAP2在蒸馏水、自来水和0.9%NaCl溶液中的最大吸水率分别为2297g/g、333g/g和120g/g；PVPP、APS、MBA和尿素的最佳用量分别为丙烯酸用量的3.57%、0.5%、0.036%和3.57%，反应介质的最佳用量为60ml，丙烯酸的最佳中和度为80%；少量离子的存在可以缩短材料的凝胶化时间并在一定程度上增加吸水率。此外，不同反应介质对材料性能的影响主要表现在反应介质中所含有的物质不同对反应过程的影响也不同。 3、将制备出的2种超吸水性聚合物材料SAP1和SAP2与市场上购买的聚合物保水材料SAP(RX)和SAP(HDB)进行对比，通过土柱模拟实验比较不同种类及粒径的SAP对荒漠沙土在饱和持水量、防渗透性能及防蒸发效果的影响。结果表明：SAP的添加能有效增加沙土的饱和持水量和水分在沙土中的滞留时间，降低水分在沙土中的渗透速率和蒸发速率；SAP1、SAP2、SAP(RX)和SAP(HDB)在饱和持水量方面分别增加了154.17%、187.5%、112.5%和41.67%；在入渗速率方面分别降低了96.17%、96.23%、93.53%和89.85%；对水在沙土中的滞留时间（水分开始渗出到不再有水渗出时所花费的时间）分别增加了400%、410%、344%和178%；45℃时蒸发率分别降低了55.13%、57.52%、8.44%和5.38%；25℃时蒸发率分别降低了40.64%、43.62%、23.79%和13.81%。
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