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高分子凝胶薄膜和微凝胶的制备与应用研究

王姗  
【摘要】: 凝胶所具有的一系列独特性质使其在材料、环境、生物技术、航空航天等高技术领域获得越来越广泛的应用。本论文围绕高分子水凝胶类软物质的制备和应用开展了多方面的研究工作,主要包括以下内容。 (1)利用壳聚糖(CS)易于成膜的特点,模拟生物矿化,在有机物调制下通过异相成核生长制备了CS/CdS纳米颗粒复合膜,研究了成膜条件对膜的水热稳定性和发光性能的影响,以及CS/CdS纳米颗粒复合膜对水体中吡啶的响应特性。扫描电镜分析表明这种CS/CdS纳米颗粒复合膜均匀性好,CdS以物理掺杂方式均匀分布于CS薄膜中,颗粒尺寸在70nm左右。不过,薄膜荧光光谱位置和形状表明实际发光的CdS簇集体直径应该小于20nm。由此推测电镜观察到的CdS颗粒可能是由许多CdS小颗粒聚集而成,小颗粒之间因有机物的存在而相互隔离。CS/CdS纳米颗粒复合膜的荧光发射对水体中吡啶的存在十分敏感,微量吡啶的存在会引起薄膜荧光发射急剧增强。除铜和碘离子外,水体中其它常见离子对薄膜荧光发射没有显著影响,预期CS/CdS纳米颗粒复合薄膜有可能发展成为一种重要的水体吡啶测定专用传感薄膜材料。 (2)以液体石蜡作为有机分散介质,采用反相悬浮交联法制备出具有“类乒乓球”结构且粒径近单分散的壳聚糖微球。对产物的形貌及结构进行了初步表征。利用天然高分子壳聚糖良好的粘合性、生物可降解性、生物相容性和无毒性等特点,将具有空心结构的CS微球用于蛋白质的担载和缓释。在模拟肠液的条件下系统研究了壳聚糖微球承载和缓释牛血清白蛋白(BSA)的情况。结果表明,药物的担载效率与初始BSA浓度没有确定的线性关系,但随着初始BSA浓度的增加,吸附量增加;而且在释药过程中,不同包药效率对担载有BSA的壳聚糖微球的释放性能影响不大;在模拟肠液条件下,壳聚糖微球吸附BSA的量与BSA溶液的pH密切相关,实验发现pH=5时,壳聚糖微球吸附BSA的量最大。 (3)利用空壳状壳聚糖微球具有比表面大的特点,结合其表面氨基易于配位的特点,对其吸附Cd~(2+)的前后结构进行了表征,并对其吸附Cd~(2+)的初步条件进行了探索。研究了pH=3-7,Cd~(2+)浓度范围为0-2500 mg/g时壳聚糖吸附Cd~(2+)容量。实验发现在室温下,pH=7时,当浓度为1000 mg/L时可达到吸附平衡,此时吸附容量约为420mg(Cd~(2+))/g(CS),吸附率约为42%。吸附达到平 衡大约需要 40 min。同时在实验过程中分别探讨了分子量、粒度、温度、其 它重金属离子等对壳聚糖吸附性能的影响,发现除了重金属离子对其吸附Cd卜 影响外,其它因素影响均很小。结果表明,此微球具有很强的吸附能力,而且 平衡时间快,并且具有一定的重复利用的性能,是一类很值得开发的新型吸附 分离材料。 p)采用反相乳液聚合方法合成了包埋有Ny的PMAA微凝胶,利用微凝 胶的限域和导向作用,通过外源沉积法制备了PMAA/PbS有机-无机结构型复 合微球。利用扫描电镜侣EMXX-射线衍射分析和热重分析对复合微球的形貌。 无机沉积物PbS的晶型和有机-无机成分相对含量等进行了表征。实验表明: 高分子微凝胶的三维网络结构和所采用的制备方法确保了有机-无机复合材料 复合的均匀性;在微凝胶的模板作用下,无机物的沉积沿着微凝胶的三维网络 进行,从而使得到的复合材料呈现规则的球状结构,微球的大个决定于模板的 尺寸,而模板的大小与油水相比例、连续相的成分、搅拌速度等因素有关;通 过义衍射分析发现,制备所得复合微球中阶S具有面心立方结构:原子吸收 证明复合微球中无机物含量约为20%。此外,实验所得PMAA/PbS复合微球 明显兼有无机物的刚性和有机物的柔性。


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