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【热点文章】羧甲基纤维素钠凝胶的吸水性能研究
引用本文:马艳梅,苗书颜羧甲基纤维素钠凝胶的吸水性能研究[J]. 化学试剂,2023, 45(10):77-82.

DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0406



背景介绍


纤维素具有网状结构,这种网状结构使纤维素有很多空隙,水通过这些空隙可以产生毛细效应,可以吸水,羧甲基纤维素钠与天然纤维素在结构上相似,区别在于羧甲基取代了纤维素羟基上的氢原子,但是分子链之间相互连接的形式没有发生变化,同样可以吸水,所以羧甲基纤维素钠被应用于制备吸水性材料。无论是其溶解性还是吸水量都大于纤维素的溶解性和吸水量,且羧甲基纤维素钠无毒,对环境无污染。所以可被制作成吸水树脂。





文章亮点

1.报道了一种吸水性能较好的吸水材料;
2.通过溶媒法和交联法制备羧甲基纤维素钠凝胶,测试结果表明:该凝胶具有很好的吸水和保水性能;
3. 为吸水材料的合成提供了一种新的思路,也为以后羧甲基纤维素钠凝胶的广泛应用提供了一些参考。

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内容介绍

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1   实验部分

1.1  主要仪器与试剂

1.2  实验方法

2  结果与讨论

2.1  羧甲基纤维素钠及其凝胶的表征

2.1.1  羧甲基纤维素钠的XRD表征

羧甲基纤维素钠的XRD见图3。由图分析得,在2θ=20°附近出现了强衍射峰,对应的是002 晶面纤维素的晶型,与文[18]羧甲基纤维素钠所出现的衍射峰相吻合。由此可判断制备出的为羧甲基纤维素钠。

3  羧甲基纤维素钠的XRD

Fig.3  XRD patterns of sodium carboxymethyl cellulose

2.1.2 羧甲基纤维素钠的FT-IR表征

羧甲基纤维素钠的FT-IR见图4。由图分析得,羧甲基纤维素钠的红外光谱图在3425 cm-1附近处出现了O-H的红外特征峰;在29201421 1320 cm-1附近处出现羧甲基纤维素钠CH2的红外特征峰,分别对应羧甲基纤维素钠CH2的不对称伸缩振动、弯曲振动和面外摇摆振动。


4  羧甲基纤维素钠的FT-IR

Fig.4 FT-IR patterns of sodium carboxymethyl cellulose

2.1.3  羧甲基纤维素钠凝胶的SEM表征

羧甲基纤维素钠凝胶冷冻后干燥的SEM见图5。图5分别表示羧甲基纤维素钠凝胶的表面扫描电镜图和切面扫描电镜图。

a.表面放大图;b.面图;c.截面放大图;d截面图

5 羧甲基纤维素钠凝胶SEM

Fig.5 SEM patterns of sodium carboxymethyl cellulose

2.2  羧甲基纤维素钠凝胶吸水性能研究

2.2.1  交联试剂浓度对羧甲基纤维素钠凝胶的吸水性能影响

交联试剂浓度对羧甲基纤维素钠凝胶吸水性能的影响见图6

6 交联试剂浓度对凝胶吸水性能的影响

Fig.6 Effect of concentration of cross-linking reagent on water absorption of gel

2.2.2  羧甲基纤维素钠凝胶的吸水性能

羧甲基纤维素钠凝胶在纯水和盐水溶液中的吸水能力测试结果见图7

7  羧甲基纤维素钠凝胶吸水性能

Fig.7  Water absorption of sodium carboxymethyl cellulose gel

3  结论

以滤纸、氢氧化钠、氯乙酸为原料,通过溶媒法制备出羧甲基纤维素钠。再通过交联法,在含有Al3+的交联试剂中制备出羧甲基纤维素钠凝胶。采用冷冻干燥对羧甲基纤维素钠凝胶进行干燥。羧甲基纤维素钠具有高吸的特点,因此可将羧甲基纤维素钠制备成凝胶研究其吸水性能。实验中,先探究出最适的交联试剂浓度。结果表明:交联试剂中Al3+浓度为0.1 mol/L时,羧甲基纤维素钠吸水性能最好,质量吸水倍率为10.4。又用去离子水和0.9% NaCl溶液做对比,对羧甲基纤维素钠凝胶的吸水及保水性能进行测试。结果表明:羧甲基纤维素钠凝胶在去离子水中的吸水性能及保水率均优于在0.9% NaCl溶液中。通过控制单因素分别探究了温度和pH对羧甲基纤维素钠凝胶吸水性能的影响。当温度为20 ℃pH 5.00时,羧甲基纤维素钠凝胶吸水性能最好,质量吸水倍率为12.48