磁性殼聚糖材料制備新方法研究.pdf

1、殼聚糖分子中含有大量的官能基團如氨基、羥基，從而具有良好的吸附性能。若在殼聚糖中引入磁性物質(zhì)，則殼聚糖材料在外加磁場條件下易于同介質(zhì)分離，并且所得磁性材料還能保留殼聚糖自身的特性。本論文以此為出發(fā)點，選用鐵離子溶液為磁性Fe3O4源并將其與殼聚糖溶液混合，以氨水為沉淀劑，通過一步沉淀法制備磁性殼聚糖微球(imagnetic chitosan sphere，MCSS)；采用反相乳液法，將氨水溶液首先分散，再加入上述混合溶液制備微米級的中空

2、磁性殼聚糖微球(hollow magnetic chitosan sphere，H-MCSS)；利用殼聚糖絡合鐵離子的性能，用氨氣熏蒸法制備磁性殼聚糖雜化材料(hybrid magnetic chitosanmaterial，H-MCSM)；另外，本論文還考察了所制備磁性殼聚糖材料對重金屬離子和有機污染物的吸附應用。具體內(nèi)容如下：
　　 1.將溶解于醋酸的殼聚糖溶液與鐵離子溶液均勻混合，并逐滴滴加入沉淀劑氨水中，通過一步沉淀法制

3、備磁性殼聚糖微球。詳細研究了鐵離子濃度、殼聚糖濃度對微球制備的影響。采用傅立葉紅外光譜(FT-IR)、X-射線衍射(XRD)對微球進行物相結(jié)構分析，證實微球由殼聚糖和Fe3O4組成。熱重(TG)分析結(jié)果表明，隨著鐵離子加入量的增加，微球中的Fe3O4含量也逐漸增加。掃描電鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)，微球表面緊實有褶皺和條紋狀結(jié)構，內(nèi)部為多層結(jié)構且無明顯相分離。上述結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4與殼聚糖存在相互作用，F(xiàn)e3O4以納米尺度分散在殼聚糖基質(zhì)中

4、。電子探針(EPMA)能譜(EDS)結(jié)果顯示，F(xiàn)e元素含量在微球徑向由外至里分布逐漸降低，表明納米Fe3O4粒子在磁性微球中也遵循相同的分布。通過振動樣品磁強計(VSM)分析微球的磁學性能，發(fā)現(xiàn)磁性殼聚糖微球具有超順磁性，其飽和磁化強度(Ms)與Fe3O4含量呈Ms/(emu)=-4.6+80.7WFe3O4的線性關系。由此，通過改變鐵離子起始濃度、殼聚糖與鐵離子濃度配比可容易地制備所需Ms的磁性微球。并且，由于納米Fe3O4在微球表面

5、的富積，可通過煅燒去除殼聚糖得到空心結(jié)構的微球。
　　 2.以Cu2+和甲基橙(MO)為重金屬離子和有機污染物代表，采用靜態(tài)吸附法研究了上述磁性微球(MCSS1)在水處理方面的應用。通過改變磁性殼聚糖微球的用量、吸附時間、溫度、pH值和吸附溶液初始濃度，研究磁性微球?qū)u2+和甲基橙吸附的影響。結(jié)果表明，MCSS1對Cu2+的飽和吸附容量為1.69mg/g，達到飽和吸附的時間為150min；MCSS1對MO的飽和吸附容量為0.6

6、14mg/g，達到飽和吸附的時間為100min。溫度對Cu2+和MO吸附率影響不大。pH的改變對二者吸附有較大影響，其中，對銅離子吸附的最佳pH約為5，對MO吸附的最佳pH約為4。由此，這種殼聚糖磁性微球?qū)⒃谖鬯幚矸矫婢哂袧撛诘膽谩?br>　　 3.采用反相乳液法和上述一步沉淀法相結(jié)合，制備空心的殼聚糖磁性微球。首先，將氨水在攪拌下分散在液體石蠟中制得W/O的氨水微滴；再將殼聚糖與鐵離子混合溶液滴加上述W/O體系，繼續(xù)反應30mi

7、n，即可制得粒徑在100～2001μm的空心殼聚糖磁性微球。采用光學顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)微球球形結(jié)構良好、表面光滑，但干燥過程容易使微球塌陷。上述空心微球經(jīng)交聯(lián)反應后，尺寸穩(wěn)定性能得到提高。同時，所制備的微球經(jīng)煅燒后為中空結(jié)構的無機微球。此外，還通過FT-IR、XRD、TG和SEM研究了所制備磁性微球的組成和微觀結(jié)構。結(jié)果表明，所得微球為空心殼聚糖磁性微球，微球尺寸受攪拌速度影響，煅燒后微球壁厚在50nm～1μm之間。由此，本部分工作提供了

8、一種制備空心雜化微球材料的簡便方法，將在載藥、靶向釋放以及作為催化劑載體方面具有潛在的用途。
　　 4.將摩爾比為2:1的NH4Fe(SO4)2與(NH4)2Fe(SO4)2混合溶液直接滴加入殼聚糖溶液中得到絮狀沉淀物，過濾后再將其置于氨水蒸氣氣氛中反應6h，即可制得磁性殼聚糖雜化材料。FT-IR、TG結(jié)果表明，雜化材料由殼聚糖和Fe3O4組成，其中Fe3O4的含量為40％。SEM結(jié)果表明，雜化材料在納米～微米尺度，具有巨大的比