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纳米二氧化硅贻贝仿生功能化及环境应用研究

黄强  
【摘要】:纳米二氧化硅(SiO_2)作为一种常见却又非常重要的无机材料,在我们的日常生活中扮演着不可或缺的角色。SiO_2纳米材料具有良好的化学稳定性、热稳定性以及机械性能,在诸如建筑、医学、电子、光学等多方面应用广泛。此外,SiO_2纳米颗粒尺寸小,比表面积大,表面吸附力强,表面能大,而且水中分散性好,表现出良好的吸附性能。然而,单纯的SiO_2本身所具有的官能团不足,实际应用比较受限。近年来,关于有机-无机复合材料的研究广受关注,通过与有机小分子或功能高分子杂化形成有机-无机复合材料可以赋予SiO_2更优异的特性,这为拓展SiO_2应用提供了新思路。本研究基于贻贝仿生化学改性策略,结合各种功能高分子接枝方法,以单分散的SiO_2纳米颗粒为基底,引入含有丰富官能团的功能高分子,制备出了各种功能高分子修饰的SiO_2纳米复合材料,并分别研究了它们对水中重金属铜(Cu~(2+))离子、有机染料亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)等污染物的吸附去除。本论文的主要内容可归为以下两部分:1、单分散SiO_2纳米材料的表面功能化:(a)采用St?ber法合成出单分散的纳米SiO_2微球;其后,基于贻贝仿生化学原理,在pH 8.5的碱性条件下,具有儿茶酚结构的左旋多巴(DOPA)发生氧化自聚,在SiO_2纳米颗粒表面形成一层聚左旋多巴(PDOPA)涂层,PDOPA丰富的羧基、氨基等赋予了SiO_2更多的活性位点,使得所制备的PDOPA功能化的SiO_2纳米复合材料(Si O_2-PDOPA)具备更优异的吸附性能。(b)基于贻贝仿生化学原理,多巴胺(DA)在p H 8.5的碱性条件下发生氧化自聚,得以在SiO_2表面修饰上一层聚多巴胺(PDA)涂层;其后,氨基封端的聚丙烯酸(PAA)与PDA上的儿茶酚残基发生Michael加成反应,从而实现PAA功能化。PAA丰富的羧基赋予了SiO_2更多的活性位点,为SiO_2的吸附性能提升给予了有利帮助。(c)借助PDA对SiO_2的表面改性所赋予的二次反应平台,以双醛基小分子戊二醛、亚磷酸二乙酯以及巯基乙胺为原料,通过Kabachnik-Fields反应构建磷酸化的SiO_2纳米复合材料(Si O_2-PDA-CSH)。反应生成的磷酸根赋予了SiO_2更多的活性位点,为SiO_2的吸附性能提升给予了有利帮助。(d)借助PDA对SiO_2的表面改性所赋予的官能团为活性位点,以硝酸铈铵(ACN)为引发剂,以衣康酸(IA)为功能单体,在水相条件下引发氧化还原聚合反应,从而制备得聚衣康酸(PIA)接枝的SiO_2纳米颗粒(SiO_2-PDA-PIA)。PIA丰富的羧基官能团赋予了SiO_2更多的活性吸附位点,为SiO_2的吸附性能提升给予了有利帮助。(e)借助PDA对SiO_2的表面改性所赋予的官能团为活性位点,以五甲基二乙烯三胺(PMDETA)为配体,溴化亚铜(CuBr)为催化剂,以(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(APTCl)为功能单体,采用表面引发自由基聚合(SI-ATRP)反应制备得聚(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(PAPTCl)修饰的SiO_2纳米复合材料(Si O_2-PDA-PAPTCl)。PAPTCl本身包含丰富的季铵盐基团,通过接枝功能化后,这些基团可作为活性吸附位点,为SiO_2的对阴离子型污染物的去除给予有利帮助。最后,借助透射电子显微镜(TEM)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、热失重分析(TGA)以及X-射线光电子能谱(XPS)等表征手段分别为成功制备出SiO_2-PDOPA、SiO_2-PDA-PAA、SiO_2-PDA-CSH和SiO_2-PDA-PIA以及SiO_2-PDA-PAPTCl等五种功能化的SiO_2纳米复合材料提供充分有力的证据。2、功能化SiO_2纳米复合材料对水中污染物的去除:以SiO_2-PDOPA、SiO_2-PDA-PAA、SiO_2-PDA-CSH和SiO_2-PDA-PIA以及SiO_2-PDA-PAPTCl等五种功能化SiO_2纳米复合材料分别作吸附剂,以Cu~(2+)离子为重金属污染物模型、MB为阳离子染料污染物模型、CR为阴离子染料污染物模型,分别考察了五种功能化SiO_2纳米复合材料的吸附性能。本研究着重考察了接触时间、溶液pH、被吸附物初始浓度以及体系温度对吸附效果的影响,并研究了其吸附动力学、热力学及吸附等温线。研究结果表明,根据本研究提供的功能化策略所制备出的功能化的SiO_2纳米复合材料的吸附效果提升明显,其中,SiO_2-PDOPA对Cu~(2+)离子吸附量高达34.72 mg/g,约为未改性Si O_2吸附量(16.18 mg/g)的2.15倍;SiO_2-PDA-PAA、SiO_2-PDA-CSH、SiO_2-PDA-PIA三者对MB的吸附量分别为150.02 mg/g,61.07 mg/g,98.34 mg/g,分别是同等条件下原始SiO_2吸附量的3.42倍,2.87倍和2.91倍;SiO_2-PDA-PAPTCl对水中CR的吸附量高达106.65 mg/g,是未改性SiO_2(28.70 mg/g)的3.72倍。


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2 ;吉林:稻壳提取纳米二氧化硅[N];经济参考报;2006年
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