三维有序大孔ZIF-8催化L-丙交酯聚合制L-聚乳酸研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qwer96669
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
聚乳酸(PLA)是应用最广泛的生物可降解塑料之一,具有良好的机械强度、生物相容性和生物可降解性。聚乳酸的合成方法包括乳酸直接缩聚法和丙交酯开环聚合法等,工业上主要采用均相催化剂(辛酸亚锡,Sn(Oct)2)引发丙交酯开环聚合,但其存在催化剂难分离和金属残留的问题。因此,开发高效的聚乳酸合成多相催化剂是具有重要意义。沸石咪唑框架(ZIFs)是一种新型多孔材料,在吸附、分离和催化领域有广泛的应用前景。但ZIFs仅含有微孔结构,不利于反应物分子的扩散及与金属活性位点的接触,从而导致其催化活性不高。基于以上问题,本论文通过聚苯乙烯(PS)小球模板法和双溶剂诱导法合成了兼具三维有序大孔和微孔结构的ZIF-8材料(3DOM-ZIF-8),将其应用于催化L-丙交酯开环聚合制L-聚乳酸的反应,研究了材料结构与催化性能之间的构效关系,并探究了可能的反应机理。本论文的主要研究内容与结果如下:将2-甲基咪唑和Zn(NO3)2前体填充于三维有序PS小球模板的间隙制得前体@PS,再经甲醇/氨水双溶剂法诱导前体原位成核结晶并生长制得ZIF-8@PS,最后通过低温煅烧去除PS模板,制得3DOM-ZIF-8。通过调控PS小球的尺寸制备了孔径分别为200 nm、400 nm和600 nm的3DOM-ZIF-8,分别命名为3DOM-ZIF-8(200)、3DOM-ZIF-8(400)和3DOM-ZIF-8(600)。研究表明所得不同孔径的3DOM-ZIF-8均呈现均一的十四面体形貌,同时具有微孔和三维有序大孔结构。此外,3DOM-ZIF-8具有丰富的路易斯酸位点、高比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性。将合成的3DOM-ZIF-8应用于催化L-丙交酯开环聚合制L-聚乳酸的反应。三维有序大孔结构能有效促进反应分子的传质和活性位点的暴露,并且大孔直径越小暴露的活性位点越多。3DOM-ZIF-8(200)在6 h内实现了98%的单体转化率,制得的L-聚乳酸的数均分子量Mn为49.81 kg/mol和聚合物分散性指数PDI值为1.02,显著优于普通的微孔ZIF-8、3DOM-ZIF-8(400)和3DOM-ZIF-8(600)催化所得的L-聚乳酸。三种不同孔径的材料的催化性能的优劣顺序依次为3DOM-ZIF-8(200)>3DOM-ZIF-8(400)>3DOM-ZIF-8(600)。此外,3DOM-ZIF-8(200)催化得到的聚乳酸主要为环状结构,比Sn(Oct)2催化得到的线状聚乳酸具有更高的热稳定性。2-甲基咪唑配体(碱性位点)催化制得的聚乳酸为外消旋聚乳酸,而3DOM-ZIF-8(200)催化得到的是全同立构型聚乳酸,没有发生外消旋反应,这说明主要的催化中心为酸性位点Zn2+,而碱性位点起协同催化作用。
其他文献
银杏叶中含量丰富的黄酮类物质具有很高的药用价值,开发一种高效安全的银杏黄酮提取分离方法是目前的研究热点之一。低共熔溶剂(deep eutectic solvent,DES)是一种绿色溶剂,具有出色的增溶能力和较高的生物相容性,在萃取天然活性物质方面优势显著,可以代替工业上常用的乙醇水溶液来萃取银杏叶中的黄酮类物质,解决传统溶剂存在的溶剂使用量大、挥发严重等问题,但也存在溶质难以回收的缺点。DES双
学位
木质素作为自然界中唯一的可再生芳香碳资源,其高值化利用具有重要意义。通过木质素催化氧化可以得到各种功能化的高附加值化学品,但由于木质素结构稳定且复杂,当前木质素氧化过程中仍存在产物收率和选择性低,且均相催化剂难以回收利用等问题。因此,本文设计制备了USY分子筛负载硫酸铁催化剂,实现了木质素高效选择性氧化解聚,并揭示了催化剂的构-效关系,主要研究内容如下:(1)设计制备了系列Fe/USY分子筛催化剂
学位
超疏水表面因其特有的性质可广泛应用于自清洁、防腐蚀、防冻以及液体分离等领域。目前,特殊形貌的无机多功能材料与有机低表面能物质相结合的方法在超疏水材料的制备领域备受关注。氧化锌具有价格低廉、易在温和的条件下构造具有较大比表面的形貌等特点,是构建超疏水表面的优良选择,但在双疏表面方面的研究却鲜见报道。此外,疏液材料由于粗糙表面易被破坏而耐久性较差,在实际应用中受到了多方面的限制,因此耐久性能的提高也是
学位
所谓综合素质评价,就是从学习能力和道德品质等方面来评价学生。当下科学技术不断进步,素质教育越发被重视,因此不能仅关注学生的成绩构建评价。教师需要注重培养学生各方面能力,更需要重视其综合素质水平的提高。与社会实际需求相互符合,为学生提供综合性、系统化的评价,助力学生综合素质得以发展。
会议
过氧化氢(H2O2)是一种清洁型的强氧化剂,广泛应用于医用消毒、军工和污水治理等领域。目前,H2O2的生产主要依赖于传统的蒽醌工艺,众所周知,该工艺过程基础投资大,能耗高,对环境污染严重,且产品运输分销过程存在安全隐患。相比之下,电催化氧还原合成H2O2因反应条件温和,且易于现场制备,被认为是一种便捷、可持续发展的“绿色”H2O2合成技术。目前,电催化氧还原合成H2O2面临的主要挑战在于:1)氧还
学位
电子器件的小型化和大功率化为芯片带来了高热流密度及瞬时热冲击等挑战,也对用于散热的热界面材料提出了更高的要求。固-液相变材料具有潜热大的优点,将其引入热界面材料中可以起到储存一定热量乃至缓解热冲击的功效,然而,直接引入固-液相变材料因其液相流动泄漏会带来污染问题。将有机固-液相变材料封装在无机壳微胶囊内,不仅可以有效克服这一问题,还能增强导热系数。本论文将以固-液相变材料石蜡为芯材、二氧化硅为壳材
学位
沸石分子筛是一种具有规整孔道的无机晶体材料,在催化和膜分离等领域中具有广阔的应用前景。MWW型沸石是一种具有两套相互独立十元环孔道的特殊分子筛,其适宜的孔道结构使其在甲烷无氧芳构化反应中具有优异的择形催化活性;同时由于MWW分子筛前驱体可被剥离成二维单晶胞MWW沸石纳米片,使新型二维MWW型沸石分子筛膜的构筑成为可能。本文研究了MWW型沸石分子的合成,实现了分子筛微观结构的有效调控,并考察了其在甲
学位
异构能源系统通过冷、热、电等多能流灵活耦合和“源-网-荷-储-用”等多环节优化运行,在保证多种终端能源联供的同时实现能量梯级利用和节能减排,已成为构建多元清洁能源供应体系、实现“30·60”双碳目标的重要发展方向。异构能源系统因能源种类繁多、设备构成多样和运行机理复杂等特点易使得系统能量利用水平、经济效益、环境效益等性能不稳定甚至有所下降,影响了异构能源系统节能减排等优势的发挥,而现有性能评价方法
学位
随着电子设备向智能化、小型化和集成化发展,其散热问题已成为各方关注焦点。由于功率密度随模块尺寸减小而增加的趋势,因此提高设备散热性能是非常具有挑战性和应用前景的。以石墨烯为填料制备的高辐射散热涂层,通过分子振动,以电磁波的形式将热量传递到环境中进行散热,从而降低发热源温度,提升设备稳定性,延长设备使用寿命。同时使用辐射散热的散热器无需额外的电源和散热设备,设备体积小,无噪音产生,节能环保。但是石墨
学位
5-羟甲基糠醛(HMF)是最重要的生物质平台分子之一,其氧化产物2,5-呋喃二甲酸(FDCA)可以代替石油基化合物对苯二甲酸生产生物基塑料、聚合物等,具有重要的工业应用价值。电催化HMF氧化具有诸多优势,如反应可在常温常压下进行、无需使用化学氧化剂和产物选择性可由电势进行调控等。过渡金属(Fe、Co、Ni)磷化物、硫化物、氮化物和氢氧化物已被广泛应用于电催化HMF氧化,但是较高的过电势和强碱性体系
学位