Page 83 - 《精细化工》2022年第9期
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第 9 期            张   帆，等:  水解对 SL-g-P(AA-AM)/PVP 半互穿高吸水树脂结构与性能的影响                       ·1801·


                 从图 10 可以看出，水解前后树脂的吸水倍率都                       g/(g·min)。
            在前期迅速增长，随着浸泡时间的延长，吸水倍率                                 水解前后树脂的二阶溶胀动力学拟合曲线如图
            趋于稳定，浸泡时间约 30 min 时可基本达到溶胀平                        12 所示。水解前后树脂的溶胀行为均符合一阶和二
            衡，60 min 时完全达到溶胀平衡。水解后树脂的平                         阶溶胀动力学模型，但二阶溶胀动力学模型的相关
                                                                     2
            衡吸水倍率可达 2011.12 g/g，相较于未水解的树脂                      系数 R 均为 0.999，大于一阶溶胀动力学模型的 R                 2
            （1194.29 g/g）提升了 68.39%，这是因为树脂经过                   值（0.985 和 0.992），说明树脂的吸水速率更符合二
            碱性水解后产生了更多的—COONa 基团，—COONa                        阶溶胀 动力 学模型 。 H-SL-g-P(AA-AM)/PVP 和
                                                         +
                                                   –
            具有更强的亲水性，且遇水可电离为—COO 和 Na ，                        SL-g-P(AA-AM)/PVP 的理论平衡吸水倍率分别为
                             –
            树脂溶胀时—COO 之间相互排斥，树脂网络的扩张                           2057.61 g/g 和 1237.62 g/g，与树脂的实际平衡吸水
                                       +
            能力得到增强。与此同时，Na 游离在树脂网络中增                           倍率（2011.12 g/g 和 1194.29 g/g）接近。此外，
            强了树脂内外的渗透压差，从而大大提升了树脂的                             H-SL-g-P(AA-AM)/PVP 的 初始吸水 速率常数
            吸水能力。此外，由 SEM 可知，水解后树脂表面出                          〔1574.80 g/(g·min)〕远大于 SL-g-P(AA-AM)/PVP
            现的大小不一的多孔结构，增加了树脂的比表面积，                            〔598.80 g/(g·min)〕，说明在初始阶段，H-SL-g-
            为水分子进入树脂内部提供了更多的通道和吸收表                             P(AA-AM)/PVP 吸收水分子的速率更快。
            面，因此，水解后树脂的吸水倍率得到很大提升。
                 树脂的溶胀行为采用一阶溶胀动力学模型进行
            了探究，一阶溶胀动力学模型如式（4）所示                     [32] 。
                          –ln(1 – W t /W∞) = k w t    （4）
                                                        –1
            式中：t 为溶胀时间，min；k w 为吸水速率常数，min ；
            W t 和 W∞分别代表了 t 时刻的吸水倍率和平衡溶胀
            比，g/g。
                 水解前后树脂的一阶溶胀动力学拟合曲线如图
            11 所示。拟合直线的斜率为 k w ，其大小为评估扩散
            行为的重要参数。SL-g-P(AA-AM)/PVP 与 H-SL-g-

            P(AA-AM)/PVP 的 k w 值分别为 0.121 min         –1  和    图 12  SL-g-P(AA-AM)/PVP 和 H-SL-g-P(AA-AM)/PVP
                     –1
            0.130 min ，表明水解后树脂的吸水速率有所提升。                             吸水速率的二阶溶胀动力学拟合曲线
                                                               Fig. 12  Second-order swelling kinetic fitting curves for the
                                                                      swelling rates of SL-g-P(AA-AM)/PVP and H-SL-
                                                                      g-P(AA-AM)/PVP

                                                               2.3.2   树脂在不同盐溶液中的吸水能力
                                                                   水解前后树脂在不同盐溶液中的吸水能力如图
                                                               13 所示。从图 13 可以看出，树脂在盐溶液中的吸
                                                               水能力明显小于在去离子水中的吸水能力。由于盐
                                                               溶液中存在的阳离子产生的电荷屏蔽效应，造成阴
                                                               离子之间的静电排斥作用减弱，且树脂网络内部与
                                                               外界溶胀介质之间的渗透压差减小，导致了吸水能

            图 11  SL-g-P(AA-AM)/PVP 和 H-SL-g-P(AA-AM)/PVP      力的降低。此外，树脂在不同盐溶液中的吸水能力
                   吸水速率的一阶溶胀动力学拟合曲线                            为：NaCl>MgCl 2 >FeCl 3 ，在含有多价阳离子的盐溶
                                                                                     –
            Fig.  11    First-order  swelling  kinetic fitting curves for the   液中，树脂内部的—COO 会与多价阳离子之间络合
                    swelling rates of SL-g-P(AA-AM)/PVP and H-SL-   形成交联位点，网络表面交联密度增加，导致树脂
                    g-P(AA-AM)/PVP
                                                               吸水能力下降      [21] 。
                 树脂的溶胀行为采用二阶溶胀动力学模型进一                              还可以发现，H-SL-g-P(AA-AM)/PVP 在质量分
            步描述，将吸水速率的数值利用动力学模型公式进                             数为 0.1%~1.1%的 NaCl 溶液中以及质量分数为
            行拟合，二阶溶胀动力学模型如式（5）所示                     [33] ：    0.1%~0.3% 的 MgCl 2 溶 液 中 的吸水 倍率 均高于
                                                      （5）      SL-g-P(AA-AM)/PVP；但在质量分数为 0.5%~1.1%
                           t/Q t  = 1/K is  + t/Q e
            式中：Q t 为树脂在 t 时刻（min）的吸水倍率，g/g；                    的 MgCl 2 溶液和质量分数为 0.1%~1.1%的 FeCl 3 溶
            Q e 为理论平衡吸水倍率，g/g；K is 为初始吸水速率，                    液中的吸水倍率低于 SL-g-P(AA-AM)/PVP。主要原
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