共轭微孔聚合物基纳米复合中空微球的制备及其抑菌性能研究

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高效抑菌材料的开发对维护公众健康和现代社会的可持续发展具有重要意义。基于抗生素广泛使用以及物理和化学抑菌剂的优缺点,同时考虑到实际环境的多变性,对在恶劣使用条件下(高浓度、高温、酸碱腐蚀)多孔材料的耐受性和稳定性也应有更高的要求,而仅有单一抑菌作用的材料往往很难满足多种应用需求。因此开发高耐受性、高性能抑菌材料对其实际应用具有重要意义。共轭微孔聚合物具有大的比表面积、高的孔隙率、三维网络结构结构以及良好的化学和热稳定性,在储能、催化、水处理等领域受到了广泛的关注。同时,共轭微孔聚合物(CMPs)具有制备方法多样化、分子结构设计灵活以及微观形貌可调等优点,因此可以根据其特定用途对CMPs进行合理设计、量身定制,基于此,本文以炔基苯和溴代苯为基础单体,通过与带有抑菌基团单体偶联共聚,并与Ag纳米颗粒以及Fe3O4纳米颗粒复合,制备出一系列具有高的物理化学稳定性以及良好的吸附、抑菌性能的CMPs基纳米复合中空微球,并系统研究了其抑菌性能以及对水体中有机污染物的吸附性能。研究的主要内容和结论包括:第二章中,以1,3,5-三乙炔基苯为炔基单体,3,7-二溴吩噻嗪-5-溴盐和1,4-二溴苯为溴代单体,Si O2微球为硬模板,Pd(0)/Cu I为催化剂,甲苯、三乙胺为反应溶剂,通过S-H交叉偶联反应制备了两种CMPs中空纳米微球(CMP1-HSs和CMPs2-HSs),CMP1-HSs和CMPs2-HSs尺寸分别为400 nm,具有良好的热稳定性(分解温度最高为588°C)和高孔隙率(比表面积分别为556 m~2 g-1和74.2 m~2 g-1)。以制备的CMPs中空纳米微球为载体,通过共沉淀法制备了CMPs@Ag复合纳米球(CMP1@Ag-HSs和CMP2@Ag-HSs),Ag纳米粒子均匀分散于CMPs微球表面,尺寸约为12-15 nm。CMPs@Ag-HSs与CMP-HSs对革兰氏阴性大肠杆菌均具有良好的抑菌活性,15μg·m L-1的CMP1@Ag-HSs在细菌浓度为1×10~8 CFU m L-1下1 h内完全抑制大肠杆菌的生长。此外,由于CMPs本身的疏水亲脂特质,结合复合纳米微球的空腔结构,CMP1@Ag-HSs和CMP2@Ag-HSs对水体的有机物表现出优异的选择性吸附性能。第三章中,基于CMPs化学组成可调控的优点,在本章工作中,以三氯异氰尿酸单体,分别与1,3,5-三乙炔基苯和1,4-二乙炔基苯,结合模板法和S-H交叉偶联反应制备了具有本征抑菌性能的CMPs基中空纳米球。为了优化CMPs材料的回收利用率,以CMP1和CMP2为载体,通过共沉淀法制备了磁性复合纳米球(CMP1-HSs@Fe3O4和CMP2-HSs@Fe3O4)。CMPs-HSs@Fe3O4具有中空球状结构,微球尺寸约为400 nm,壳体厚度8 nm。CMP-HSs@Fe3O4对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出优异的抑菌性能,在浓度为200μg m L-1下3 h内能够快速杀灭90%的革兰氏菌,对两种革兰氏菌最低抑菌浓度(MIC)均为150μg m L-1。此外,凭借其空腔结构,CMP1-HSs@Fe3O4对抗喹诺酮类抗生素也表现出优异的吸附性能,对氧氟沙星抗生素的最大吸附量为176 mg g-1,对双氟沙星为204 mg g-1。
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