虾壳粉改性淀粉基高吸水性树脂的制备与性能

刘廷国; 杨明阳; 任静宇; 张驰; 尹海明

doi:10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.24.368

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虾壳粉改性淀粉基高吸水性树脂的制备与性能

研究论文 | 更新时间：2025-04-29

- 虾壳粉改性淀粉基高吸水性树脂的制备与性能
- Preparation and Properties of Starch-based Superabsorbent Polymers Modified by Crayfish Shell
- 高分子通报 2025年38卷第5期页码：808-816
- 作者机构：
  
  池州学院材料与环境工程学院，池州 247000
- 作者简介：
  
  *刘廷国，E-mail: liutg137@czu.edu.cn
- 基金信息：
  
  安徽省教育厅自然科学基金重点项目(2022AH051832)
- DOI：10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.24.368
  中图分类号：
- 收稿日期：2024-12-03，
  
  录用日期：2025-01-25，
  
  网络出版日期：2025-03-03，
  
  纸质出版日期：2025-05-20
- 稿件说明：
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刘廷国, 杨明阳, 任静宇, 张驰, 尹海明. 虾壳粉改性淀粉基高吸水性树脂的制备与性能. 高分子通报, 2025, 38(5), 808–816.

Liu, T. G.; Yang, M. Y.; Ren, J. Y.; Zhang, C.; Yin, H. M. Preparation and properties of starch-based superabsorbent polymers modified by crayfish shell. Polym. Bull. (in Chinese), 2025, 38(5), 808–816.
刘廷国, 杨明阳, 任静宇, 张驰, 尹海明. 虾壳粉改性淀粉基高吸水性树脂的制备与性能. 高分子通报, 2025, 38(5), 808–816. DOI： 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.24.368.

Liu, T. G.; Yang, M. Y.; Ren, J. Y.; Zhang, C.; Yin, H. M. Preparation and properties of starch-based superabsorbent polymers modified by crayfish shell. Polym. Bull. (in Chinese), 2025, 38(5), 808–816. DOI： 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.24.368.

摘要

以橡子淀粉为原料，虾壳粉为改性剂，采用水溶液聚合法制备了虾壳粉改性淀粉基高吸水树脂。通过单因素实验法，系统地考察了反应条件以及虾壳粉预处理方式对树脂得率和吸水性能的影响。结果表明，交联剂和引发剂的用量对凝胶的形成，以及产物得率具有显著影响；同时，实验所设定的反应条件也会对树脂的吸水性能产生显著影响。虾壳粉的添加能够提高树脂吸水后凝胶的强度，且不会大幅度降低树脂的吸水性能，即使虾壳粉的添加量达到反应物总质量的9.57%，产物吸水倍率仍能达到2097 g⋅g

-1

。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析法(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段，对合成的树脂样品进行了详细的形貌和结构表征。结果证实，添加经预加热处理的虾壳粉能够赋予树脂丰富的多孔结构，成

功引入均匀分布的钙和氮元素，且有更多的丙烯酸分子接枝到生物大分子骨架上，与钙的作用力更强，产物具有更好的热稳定性。

Abstract

A series of modified starch-based superabsorbent polymers (SAP) were prepared by aqueous solution polymerization using acorn starch as the raw material and crayfish shell powder as a modifier. The effects of the reaction conditions and the pretreatment method of the crayfish shell on the resin yield and water absorbency were studied in detail using the single factor method. The amount of crosslinker and initiator had a significant impact on the formation of the hydrogel and product yield. All reaction conditions in the experiment had a significant impact on the water absorbency of the resin. The addition of crayfish shells can improve the gel strength of the resin after water absorption

but does not significantly reduce the water absorption performance. Even though the additive amount of crayfish shell reaches 9.57% of the total mass of reactants

the water absorbency can still reach 2097 g·g

−1

. The morphology and structure of the synthesized resin samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM)

energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS)

X-ray diffraction (XRD)

Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)

thermogravimetric analysis (TGA)

and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results confirmed that adding preheated crayfish shell powder could endow the resin with a rich porous structure

successfully introducing uniformly distributed calcium and nitrogen. More acrylic acid molecules are grafted onto the biomacromolecule skeleton and have stronger interaction forces with calcium

resulting in better thermal stability of the product.

关键词

Keywords

references

White, R. J. ; Antonietti, M. ; Titirici, M. M . Naturally inspired nitrogen doped porous carbon . J. Mater. Chem. , 2009 , 19 ( 45 ), 8645 – 8650 .

Ding, Y. ; Huang, S. Q. ; Sun, Y. K. ; Li, Y. C. ; Zhu, L. J. ; Wang, S. R . Preparation of nitrogen and sulfur Co-doped and interconnected hierarchical porous biochar by pyrolysis of mantis shrimp in CO 2 atmosphere for symmetric supercapacitors . ChemElectroChem , 2021 , 8 ( 19 ), 3745 – 3754 .

Tao, B. R. ; Zhang, N. ; Ye, T. ; Gao, P. F. ; Li, H. D. ; Xie, Y. M. ; Liu, J. H. ; Wang, G. F. ; Zhang, W. F. ; Chang, H. X . High-voltage aqueous symmetric supercapacitors based on 3D bicontinuous, highly wrinkled, N-doped porous graphene-like ultrathin carbon sheets . New J. Chem. , 2022 , 46 ( 7 ), 3288 – 3296 .

Luo, Z. J. ; Lin, N. ; Sun, M. C. ; Wang, Y. S. ; Zhu, X. F . Synthesis of 3D-interconnected hierarchical porous carbon from heavy fraction of bio-oil using crayfish shell as the biological template for high-performance supercapacitors . Carbon , 2021 , 173 , 910 – 917 .

郑晓冬 . 小龙虾虾壳及其仿生合成物对污水中重金属的吸附特性与机理研究 . 硕士学位论文 , 武汉 : 华中农业大学 , 2010 .

高菲 . 小龙虾壳生物炭对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附性能研究 . 硕士学位论文 , 武汉 : 武汉大学 , 2017 .

许小淇 , 周斌 , 李锦徽 , 陈旸 . 小龙虾壳生物炭对重金属Ni(Ⅱ)的吸附特征及机理探究 . 高校地质学报， 2024 , 30 ( 6 ), 668 - 677 .

Hu, W. Q. ; Chen, S. ; Jiang, H . Crayfish shell waste as safe biosorbent for removal of Cu 2+ and Pb 2+ from synthetic wastewater . Chinese J. Chem. Phys. , 2022 , 35 ( 5 ), 842 – 852 .

吴明燏 , 滕鑫 , 梁兴唐 , 尹艳镇 . 虾壳生物炭/纳米零价铁同步去除水体中Se(Ⅳ)和环丙沙星 . 应用化工 , 2023 , 52 ( 2 ), 343 – 349 .

Sun, T. ; Xu, Y. M. ; Sun, Y. B. ; Wang, L. ; Liang, X. F. ; Jia, H. T . Crayfish shell biochar for the mitigation of Pb contaminated water and soil: Characteristics, mechanisms, and applications . Environ. Pollut , 2021 , 271 , 116308 .

马洁晨 , 汪新亮 , 张学胜 , 李玉成 , 郑刘根 , 王宁 . 不同热解温度龙虾壳生物炭特征及对Zn 2+ 的吸附机制 . 生态与农村环境学报 , 2019 , 35 ( 7 ), 900 – 908 .

朱继国 , 廖涛 , 张庆芳 , 熊光权 , 王炬光 , 白婵 . 超声波辅助法对小龙虾壳制备葡萄糖酸钙的工艺研究 . 食品与生物技术学报 , 2022 , 41 ( 3 ), 66 – 74 .

朱继国 , 廖涛 , 熊光权 , 王炬光 , 白婵 , 张庆芳 . 超声波辅助龙虾壳制备谷氨酸螯合钙的工艺优化 . 中国调味品 , 2022 , 47 ( 5 ), 22 – 27 .

Lv, S. T. ; Xia, C. D. ; Yang, Q. ; Guo, S. C. ; You, L. Y. ; Guo, Y. P. ; Zheng, J. L . Improvements on high-temperature stability, rheology, and stiffness of asphalt binder modified with waste crayfish shell powder . J. Clean. Prod. , 2020 , 264 , 121745 .

刘廷国 , 钱立武 , 黄志良 , 吴小说 , 郭军 , 刘天宝 . 一锅法合成野豌豆淀粉基高吸水树脂 . 林产化学与工业 , 2017 , 37 ( 4 ), 115 – 122 .

李桦军 , 刘东辉 , 王平艳 , 耿佳芬 . 马铃薯淀粉接枝丙烯酸制备高吸水树脂的合成 . 化学世界 , 2014 , 55 ( 4 ), 197 – 200 .

杨家添 , 唐金铭 , 梁恣荣 , 黎胤宏 , 胡华宇 , 陈渊 . 新型淀粉基高吸水树脂抑尘剂的制备及其应用 . 化工进展 , 2023 , 42 ( 6 ), 3187 – 3196 .

邹浩峰 , 黄师荣 , 蔡芳 , 施建斌 , 蔡沙 , 隋勇 , 熊添 , 梅新 . 不同热处理下橡子淀粉理化性质和体外消化性分析 . 现代食品科技 , 2023 , 39 ( 11 ), 118 – 126 .

张彬 , 肖霄 , 韩芸娇 , 张媛媛 , 于宏伟 . 碳酸钙三级红外光谱研究 . 无机盐工业 , 2021 , 53 ( 1 ), 97 – 101 .

Frese, N. ; Taylor Mitchell, S. ; Bowers, A. ; Gölzhäuser, A. ; Sattler, K . Diamond-like carbon nanofoam from low-temperature hydrothermal carbonization of a sucrose/naphthalene precursor solution . C—J. Carbon Res. , 2017 , 3 ( 3 ), 23 .

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