基于超支化聚醚胺的雜化水凝膠及其選擇性吸附和分離染料的研究.pdf

1、水凝膠由于其來源豐富,生物相容性和可再生性好等特點(diǎn)近年來作為軟材料獲得了越來越多的關(guān)注。同時(shí)由于主體水凝膠與某些客體分子間存在相互作用,使得水凝膠可以作為吸附重金屬、蛋白質(zhì)以及水溶性染料等客體分子的新型吸附劑,特別是水凝膠作為選擇性吸附客體分子的高效吸附劑可以廣泛應(yīng)用在污水處理等實(shí)際應(yīng)用中。一直以來,水凝膠的應(yīng)用主要集中在利用其生物相容性特點(diǎn)應(yīng)用于組織細(xì)胞工程等生物研究領(lǐng)域,而利用其選擇吸附客體分子的特點(diǎn)作為吸附劑的應(yīng)用研究涉及較少。本

2、課題組最近的研究發(fā)現(xiàn)基于超支化聚醚胺的有機(jī)/無機(jī)雜化的納米粒子對客體染料分子具有獨(dú)特的選擇吸附性,同時(shí)發(fā)現(xiàn)這種主客體間相互作用的機(jī)理不同于以往的陰陽離子交換的選擇性吸附機(jī)理,研究表明這種主客體間選擇吸附性并非傳統(tǒng)的靜電相互作用,而是由于聚醚胺材料與染料之間親疏水相互作用導(dǎo)致了選擇性吸附,因此提出了分子拓?fù)鋵W(xué)影響主客體間相互作用的機(jī)理,這不僅拓展了超支化聚合物的研究范圍,更深化了我們對選擇性吸附作用機(jī)理的認(rèn)識,選擇吸附性為雜化材料在可控分

3、離方面的應(yīng)用提供了可能性。為了進(jìn)一步使這些基于超支化聚醚胺的雜化材料投入實(shí)際應(yīng)用,在本文中我們首先利用超支化合物末端的硅氧烷在水中直接水解縮聚從宏觀角度設(shè)計(jì)合成一系列具有不同親疏水性和電荷的雜化水凝膠SiO1.5-hPEAs-Gels。研究四種雜化水凝膠對八種客體染料分子的飽和吸附量表明其對某些染料如PS、RB、NR和MO具有較大的飽和吸附量Qeq,對某些染料如MB和R6G具有較小的飽和吸附量Qeq,說明得到的雜化水凝膠對客體染料分子的

4、吸附呈現(xiàn)選擇性吸附特點(diǎn),同時(shí)帶負(fù)電荷的雜化水凝膠SiO1.5-hPEA211-SA-Gel對陽離子型染料 MB的飽和吸附量小于帶正電荷的雜化水凝膠SiO1.5-hPEA211-Gel對MB的飽和吸附量,表明主體水凝膠與客體染料間的靜電作用并不是影響吸附量的主導(dǎo)因素。SiO1.5-hPEAs-Gels對染料的吸附動(dòng)力學(xué)在第一階段符合準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)模型,第二階段符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型?；谶@種選擇吸附性,我們設(shè)計(jì)出一種利用接觸時(shí)間動(dòng)態(tài)分離染料混

5、合水溶液的方法。上述工作得到的雜化水凝膠機(jī)械性能較差,限制了其在染料分離中的實(shí)際應(yīng)用,隨后我們將聚乙烯醇成功引入末端含硅氧烷的超支化聚合物中,利用聚乙烯醇側(cè)鏈羥基和硅氧烷間的化學(xué)交聯(lián)以及硅氧烷鍵自身的交聯(lián)反應(yīng)設(shè)計(jì)構(gòu)建了一系列具有不同電荷和聚乙烯醇含量的雜化水凝膠PVA@SiO1.5-hPEA-Gels。聚乙烯醇的引入使這類雜化水凝膠機(jī)械性能相比之前有了顯著提高,同時(shí)保持了之前雜化水凝膠獨(dú)特的選擇吸附性,隨著水凝膠中聚乙烯醇含量的逐漸增加

6、,其機(jī)械強(qiáng)度顯著提高,壓縮實(shí)驗(yàn)表明其應(yīng)變與未增強(qiáng)的雜化水凝膠SiO1.5-hPEAs-Gels相比增加了數(shù)百倍之多。通過研究其對十種染料的飽和吸附量發(fā)現(xiàn)聚乙烯醇增強(qiáng)的雜化水凝膠保留了選擇吸附性,不論主體帶何種電荷,其對某些染料如PS、RB、OG和PSX具有較高的飽和吸附量Qeq,而對某些染料如BY、MB和R6G具有極小的飽和吸附量Qeq,Qeq值差異性證明PVA@SiO1.5-hPEA-Gels對不同染料具有選擇吸附性。通過研究雜化水凝