有机-无机纳米杂化材料既有无机组分,又有有机组分,同时又综合了纳米材料的特性,使其应用领域越来越广泛,已成为多学科交叉的前沿领域,受到各国科学家的重视。由于多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）含有独特的笼状结构、丰富的活性基团,既可提高杂化材料的表面积,也可引入更多的功能基团,使之与聚合物具有良好的相容性。可显著提高形成的有机-无机杂化材料的耐温性、抗氧化性、阻燃性和对重金属离子的吸附性等性能。在功能生物材料、重金属离子吸附材料等领域引起广泛的关注。目前对于以POSS为无机核的有机-无机杂化材料所采用的高聚物多为合成的高聚物,对于天然生物材料-纤维素纤维杂化材料研究较少。在化工冶金、金属矿业开采、电镀等过程中,会产生大量的含有重金属离子的废水。由于金属化合物难以自然降解和破坏,如果不进行污染处理,便会对环境造成极大的危害,对于生物体而言,重金属离子污染具有高残留性,容易在生物体内富集,并有明显的生物放大作用,会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等危害。因此,重金属离子的污染问题一直受到人们极大的关注。吸附法是治理重金属离子污染物重要方法之一,有机-无机纳米杂化材料是吸附材料领域重要的研究方向。本课题采用POSS-NH₂（POSS-M）为原料,通过与甲醛反应,在POSS-NH₂的角尾基上引入羟甲基活性基团,得到具有多个反应中心可交联结构的羟甲基POSS衍生物（POSS-H）,其结构式如下:讨论了反应温度、反应时间、pH值、甲醛用量对POSS-H产率的影响,并通过FTIR、HNMR对其化学结构进行了表征,采用XRD和FSEM对POSS-H的晶体和形态进行表征,该POSS衍生物尚未见文献报道。以POSS-H作为POSS交联剂与纤维素纤维进行交联反应,合成了POSS-纤维素杂化材料。讨论了反应温度、柠檬酸用量、氯化镁用量、POSS-H溶液用量以及复配交联剂SDP用量对POSS-纤维素杂化材料的物理机械性能的影响。结果表明,POSS-H与纤维素纤维进行交联后,大大提高了纤维素材料的弹性,改变了纤维素纤维的物理性能,并通过FTIR、XPS和SEM等手段对POSS-纤维素杂化材料的化学结构、表面元素组成和表面形态进行表征和分析。研究了不同pH、不同时间条件下,POSS-纤维素杂化材料及纯棉织物对重金属离子Cu²⁺、Ni²⁺各自的吸附数据发现,POSS-纤维素杂化材料对这两种金属离子的吸附性能大大提高,并且POSS-纤维素杂化材料对Cu²⁺的吸附效果远大于对Ni²⁺的吸附效果。通过分析POSS-纤维素杂化材料对重金属离子Cu²⁺、Ni²⁺的动力学实验及等温吸附试验数据发现,准二级动力学方程适合描述POSS-纤维素杂化材料对Cu²⁺、Ni²⁺的吸附反应。同时POSS-纤维素杂化材料对Cu²⁺、Ni²⁺的吸附等温线更符合Langmuir吸附,说明此杂化材料对这两种重金属离子的吸附以单分子层吸附为主。同时还研究了POSS-纤维素杂化材料对雅格素红BF-3B、重金属离子Cu²⁺、Ni²⁺的吸附性能,讨论了等温吸附方程及吸附动力学。结果表明:POSS-纤维素杂化材料与纤维素纤维相比,对雅格素红BF-3B的吸附性能大大提高。吸附符合Langmuir等温吸附,其吸附动力学可用准二级动力学方程来描述。POSS-纤维素杂化材料的研究为开发新型有机/无机杂化材料以及研究这类材料的应用提供了新的基础。