天然高分子基納米復(fù)合材料的制備與表征.pdf

1、隨著世界石油資源日益減少，原油價格不斷上漲，傳統(tǒng)的合成高分子工業(yè)的發(fā)展將受到制約。同時，由于大多數(shù)合成高分子材料很難生物降解，造成的環(huán)境污染日益嚴(yán)重。然而，天然高分子資源豐富、生物可降解，并可通過化學(xué)、物理方法改性成為新材料或成為高分子新的原材料。本論文采用纖維素、殼聚糖、海藻酸鈉和酪蛋白四種天然高分子，通過新方法制備多種的高分子/高分子復(fù)合材料、無機(jī)/高分子復(fù)合材料。這些材料既具有天然高分子本身固有屬性，又兼具多種特殊性能或功能，如離

2、子識別、光響應(yīng)、磁響應(yīng)等特性，具有較好的潛在應(yīng)用前景。具體研究開展如下:
　　多級結(jié)構(gòu)ZnO徽球/再生纖維素復(fù)合膜的制備與性能研究
　　將再生纖維素水凝膠浸泡在鋅原液中，通過直接加熱的方式使多級結(jié)構(gòu)ZnO微球在高分子凝膠內(nèi)部生長，干燥后即制備出多孔的ZnO/纖維素復(fù)合膜。通過X-射線衍射(XRD)證明所含的ZnO為紅鋅礦結(jié)構(gòu)。掃描電鏡(SEM)結(jié)果表明ZnO在受限條件下生成的微球是由納米顆粒組裝的多級結(jié)構(gòu)，且復(fù)合材料保持了纖

3、維素膜的多孔結(jié)構(gòu)。另外，傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FT-IR)結(jié)果表明，ZnO微球與纖維素基體間存在一定的相互作用力和相容性。熱重分析(TGA)和差熱分析(DTA)結(jié)果顯示，隨ZnO含量的增加，復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性增加。最后采用紫外光譜(UV-Vis)和熒光光譜研究了復(fù)合膜的光學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明復(fù)合膜以最大激發(fā)波長356 nm激發(fā)時，可產(chǎn)生紫光峰(帶隙能為3.24 eV)、藍(lán)光峰(帶隙能為2.75 eV)和綠光峰(帶隙能為2.14 eV)。

4、　　多孔纖維素/海藻酸鈉離子印跡膜的制備
　　這部分工作成功地制備了一種離子印跡膜(IIP)。首先，將纖維素與海藻酸鈉溶解在NaOH/尿素溶液中;然后將混合溶液流延到玻璃板上，再在CaCl2水溶液中凝固制備復(fù)合膜，并進(jìn)一步將其化學(xué)交聯(lián);最后，經(jīng)過去離子化處理即成功的制備得到鈣離子印跡膜。拉伸試驗結(jié)果顯示離子印跡膜具有令人滿意的力學(xué)性能。SEM表征顯示該膜為均勻多孔結(jié)構(gòu)，這有利于膜的溶脹和小分子物質(zhì)的在膜基體中的擴(kuò)散。印跡膜的平衡溶

5、脹率為700％。分別在Ca2+、Ca2+/Cu2+、Ca2+/Zn2+和Ca2+/Mg2+溶液中，研究離子印跡膜對金屬離子的吸附行為。結(jié)果表明:IIP膜在對金屬離子的吸附實驗中表現(xiàn)出對Ca2+離子較高的選擇識別性，這種選擇識別特性與是否存在競爭金屬離子無關(guān)。因此，我們的工作提供了一種簡便方法來制備Ca2+離子印跡膜，使得其在硬水軟化，鈣離子富集與識別等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
　　超細(xì)Fe3O4納米粒子的制備及其熒光性研究

6、　　采用簡單的氨氣熏蒸法，首先制備了磁性殼聚糖/Fe3O4納米復(fù)合材料，再采用酸性緩沖溶液溶解掉殼聚糖使Fe3O4納米粒子釋放出來，由此制備出超細(xì)Fe3O4納米粒子。通過透射電子顯微鏡(TEM)和XRD研究了納米粒子的形態(tài)及微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示所得Fe3O4呈單分散性，粒徑為1.5～6.5 nm。納米粒子的磁滯回線表明其具有超順磁性，且飽和磁化強(qiáng)度為17.8 emu/g。納米粒子水溶液經(jīng)過熒光光度計檢測后，首次發(fā)現(xiàn)其具體熒光性。其最大激發(fā)

7、波長為320 nm左右，最大發(fā)射波長為410 nm左右。還進(jìn)一步研究了其量子產(chǎn)率和熒光壽命，但是對于Fe3O4納米粒子的熒光性形成機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。
　　外磁場誘導(dǎo)制備紡錘形多級結(jié)構(gòu)Fe3O4顆粒及其自組裝行為
　　在外磁場的誘導(dǎo)下，成功地制備了針狀的多級結(jié)構(gòu)Fe3O4。這種針狀多級結(jié)構(gòu)Fe3O4長度在10～100μm之間、直徑為1～3μm，由長度為0.5～1.5μm、直徑為0.1～0.5μm的紡錘狀Fe3O4顆粒順序

8、排列堆積而成。TEM結(jié)果顯示紡錘狀Fe3O4顆粒是由平行排列的Fe3O4納米棒組成，納米棒的長度為100～500 nm，直徑為5～10 nm; Fe3O4納米棒表面光滑，與外磁場誘導(dǎo)生長相關(guān)。該針狀多級結(jié)構(gòu)的飽和磁化強(qiáng)度為18.3 emu/g，且具有超順磁性。另外，還研究了制備該針狀的多級結(jié)構(gòu)Fe3O4的影響因素，如堿液種類、外磁場、殼聚糖濃度、SO42-離子和溫度，并優(yōu)化了制備條件。
　　本文制備與研究的天然高分子基復(fù)合材料均屬