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环境敏感型纤维素基水凝胶的制备及其吸附性能研究

杨韶平  
【摘要】: 纤维素是由葡萄糖结构单元通过1、4糖苷键连接而成的线性高分子,具有多个可反应羟基,而且是地球上最丰富的可再生生物质资源。由于纤维素具有生物相容性好、易生物降解和环境友好等特性,纤维素及其衍生物已被广泛应用在药用辅料、组织修复材料和药物载体等领域。以纤维素为原料制备环境刺激响应的材料也开始成为研究热点,环境敏感性纤维素基水凝胶在药物控制释放、酶的固定化及生物物质分离提纯和金属离子废水处理等方面有着诱人的应用前景。本文成功地制备了一系列的温度和pH敏感型水凝胶。 1、以环氧氯丙烷作为化学交联剂,在碱性均相纤维素溶液中,将β-环糊精接枝到微晶纤维素上,合成了接枝β-环糊精的功能性纤维素基水凝胶。研究了水凝胶的溶胀动力学和温敏性能,发现该胶对温度敏感。考察了该水凝胶对甲基橙、亚甲基蓝的吸附性能,实验结果表明,接枝β-环糊精的纤维素基水凝胶对甲基橙和亚甲基蓝具有很好的吸附效果,其吸附容量分别达到3.48mg/g、1.42mg/g,其脱附性能也较好。并运用差热扫描(DSC)、热重(TGA)和扫描电镜(SEM)对该水凝胶进行热学性能、热稳定性和形貌分析。 2、以羧甲基纤维素为原料,环氧氯丙烷为交联剂,通过反相悬浮法,合成了pH敏感型水凝胶球,该水凝胶呈现出球形形状,粒径大概4mm。运用FT-IR、SEM和DSC,对该水凝胶球进行了结构、形貌和热性能分析,对其溶胀性能和pH敏感行为也进行了研究,并且以亚甲基蓝为药物模型分子,对药物释放的智能行为研究,发现该水凝胶对亚甲基蓝具有很好的吸附性能,在室温下,该水凝胶的最大吸附量超过1350.6mg/g,此时的吸附率为56.27%,其释放量可通过溶液的pH值控制。其对金属离子的吸附性能也被分析,结果显示该水凝胶珠对Cu(II)、Ni(II)和Pb(II)的最大吸附量分别为6.49、4.06和5.15 mmol/g,可望还能用做水处理剂。 3、通过接枝醚化的方法,合成了季铵盐纤维素(QC),然后用环氧氯丙烷(ECH)作为交联剂,在碱性条件下,成功地合成了一种盐敏感抗菌型水凝胶,并运用红外(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和差热扫描(DSC)对水凝胶结构、形貌和水的状态进行分析。此外,还进一步研究了水凝胶的抗菌活性,该水凝胶对大肠杆菌具有很好的抗菌效果,并对其溶胀动力学、盐敏感性、吸附和释放性能也进行了研究,该水凝胶对甲基橙的释放具有盐敏感性,其对甲基橙的吸附量超过804.8mg/g。 4、以纤维素为原料,丙烯酸(AA)为单体,N, N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,在磷酸均相溶液中,制备出纤维素-丙烯酸水凝胶。并运用了红外(FT-IR)、差热扫描(DSC)和扫描电镜(SEM)对其进行结构、热性能和形貌进行分析。其对染料亚甲基蓝和金属离子的吸附性能也被分析,结果发现该水凝胶对亚甲基蓝的吸附量超过1250mg/g,对金属离子水凝胶对Cu(II)和Ni(II)离子的吸附量超过180mg/g。


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