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核壳结构的磁性聚合物微球是将磁性和聚合物结合到一起的复合材料,其含有的磁性使粒子便于分离;而聚合物层较多活性基团的存在也增加了表面修饰反应的可操作性。此前对磁性聚合物亚微球已多有研究,其中微球内核大多是粒径20 nm左右的γ-Fe2O3或Fe3O4纳米粒子,通常以这种粒子为核的磁性聚合物粒子磁性都不高,而且粒径大小不易控制。单分散性良好的 Fe3O4胶体纳米粒子簇(magnetite colloid nanocrystal clusters,MCNCs)的成功制备较好地解决了内核磁性不高的问题,其采用溶剂热法合成,粒径在200~800 nm之间可方便调控,且具有高磁性。壳聚糖(chitosan,CS)是自然界中广泛存在的天然高分子化合物,具有良好的生物相容性,且含有大量的羟基和氨基等活性基团,非常利于修饰反应的进行。课题组内之前将 MCNCs和 CS相结合合成了Fe3O4@PAA/CS亚微球,该微球具有较多优点,如合成方法简单、磁性强、表面可修饰基团多和反应造价低,但水分散性不好,不利于其在水相中的应用。本文在原有体系的基础上,以增强Fe3O4@PAA/CS的水分散稳定性为目的,分别向体系中加入采用聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)和聚乙二醇(PEG),成功合成了 Fe3O4@CS/PAA-PNIPAM亚微球和 Fe3O4@CS/PAA-PEG亚微球,二者水分散性均良好,且分别在催化和吸附方面表现出了优良的性能。 本研究主要内容包括:⑴原有体系中聚合反应为普通自由基聚合,聚合不均匀,因此本实验中采用可逆加成-断裂链转移聚合反应(RAFT)这一活性聚合反应。实验中首先合成PNIPAM大分子 RAFT试剂(PNIPAM-RAFT),然后将其与表面含有羧基的MCNCs,丙烯酸(AA)、CS等混合一步合成Fe3O4@CS/PAA-PNIPAM亚微球。用TG研究了聚合物壳层在MCNCs上的接枝率情况,并用VSM测定了包覆壳层前后的磁强度变化。用紫外分光光度法测定了Fe3O4@CS/PAA-PNIPAM微球在25 oC和40 oC时透光率的变化,并与Fe3O4@CS/PAA亚微球相对比,发现不但水分散性得到了改善,而且具有了对温度敏感的性质,这一点通过DLS的测定也得到了印证。而通过FI-IR和zeta电势的测定,证实了酸酐和季铵盐被修饰到了亚微球表面,成功证明了新制备亚微球进行表面修饰反应的效能。实验中对Fe3O4@CS/PAA-PNIPAM的吸附催化能力做了研究,基本思路是先用微球吸附氯金酸,再原位还原得到 Fe3O4@CS/PAA-Au。硼氢化钠(NaBH4)还原对硝基苯酚(4-NP)是催化反应中的典型反应,实验中我们也采用这一反应来验证催化效果。通过实验发现,Fe3O4@CS/PAA-Au对4-NP的还原有优异的催化效果,并且还原速率也可方便调控。⑵实验依然以改善磁性壳聚糖亚微球的水分散性为切入点,向Fe3O4@CS/PAA亚微球原有的体系中加入PEG大分子单体,仍然通过一步法合成 Fe3O4@CS/PAA-PEG亚微球。根据热重分析结果,我们得到了反应前后MCNCs的质量变化数值,进而求出聚合物壳层的接枝率。DLS则测定了微球粒径和分散系数(PDI)的变化,也证明了水分散稳定性的改善,而浊度的变化也证实了上述结论。酸性橙7(AO7)是工业和科学研究中都常用的一种染料,但AO7染料废水的有效处理依旧是个难题。实验中我们以新制备的Fe3O4@CS/PAA-PEG亚微球为吸附剂,试验其对AO7溶液的吸附效果。通过对吸附时间、吸附温度和溶液pH值等条件的考察,我们发现新制备的微球不但对AO7染料有很强的吸附效果,而且吸附速率快,还可以通过改变吸附条件较为方便地调控吸附量和吸附速率。