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近年来,单分散功能性聚合物微球以及磁性高分子微球的制备及应用越来越受到人们的关注。尤其磁性高分子微球,因其同时兼具高分子微球的众多特性和磁响应性,不但能通过共聚及表面改性等方法赋予其表面功能基团和功能材料,还能在外加磁场作用下方便迅速地分离,因此,作为一种新型的功能材料,有着广泛的应用前景。
本论文在此基础上综述了光聚合技术和磁性高分子微球的制备方法及其应用情况,并以光化学为前提,以苯乙烯-马来酸酐的共聚体系为研究对象,围绕着共聚物微球的合成、表征及其功能化展开了深入的研究,其中工作的重心集中于苯乙烯-马来酸酐共聚微球[P(St-MAH)]的功能化方面。首先是光引发分散聚合制备单分散的苯乙烯-马来酸酐共聚微球,并对共聚物微球的结构、组成和其对重金属离子的吸附能力进行了表征;在此基础上,以微球为模板,光化学构筑Ni/CdS双壳中空微球及Fe3O4/P(St-MAH)/Cd1-xZnS磁性复合微球,并表征了其结构和组成、光催化重复性能和磁性回收性能。主要工作和取得的主要实验结果可分为如下几个部分:
(1)引入一个新的光引发法制备聚合物微球的密封体系,以偶氮二异丁腈(AIBN)为光引发剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,乙醇-水混合物为反应介质,采用8W365nm的紫外灯作为引发光源,制备出窄分布的P(St-MAH)微球,并通过红外光谱和差示扫描量热仪表征了微球的结构和组成,用激光粒度分析仪和扫描电镜表征了微球的粒径和形貌。同时探讨了紫外光强度、分散剂浓度、反应介质组成、单体MAH浓度等因素对微球粒径和粒径分布的影响,进一步探讨了共聚微球的吸附Ni2+的能力。实验表明,在最优的实验条件下可制备出粒径约为1μm的单分散P(St-MAH)微球;同时,可以通过改变单体MAH的浓度来控制共聚微球的吸附能力。
(2)利用光化学方法,以乙酸镍为原料,二苯甲酮为光敏剂,通过波长为254nm的紫外光照射,室温下合成出纳米级的镍颗粒,并探讨其形成机理。结果表明:所得到的镍颗粒形貌近似球形,粒径约为30-100nm;所制备的纳米镍颗粒具有铁磁体的磁性性能和良好的磁性,其最大的磁饱和值为21.29emu/g。
(3)以单分散的苯乙烯-丙烯酰胺共聚微球[P(St-AM)]作为模板,光化学法在微球表面生成金属镍,形成磁性复合微球[P(St-AM)/Ni];进一步以镍的磁性复合微球为模板,在表面生成催化性能优良的CdS半导体,再去除模板中的微球,形成Ni/CdS磁性双壳中空微球,并系统研究了纳米颗粒在模板微球表面的生长过程及机理,光催化重复性能和磁性回收性能。结果表明:采用0.025gP(St-AM)/Ni磁性复合微球作为模板合成Ni/CdS磁性双壳中空微球,既能保证Ni/CdS磁性双壳中空微球优良的催化性能和重复催化性能,又能保证足够的磁性强度来进行磁性回收;在过氧化氢存在的条件下,Ni/CdS磁性双壳中空微球表现出良好的光催化降解亚甲基蓝的活性,其催化活性可以保证七次良好的催化降解亚甲基蓝。
(4)室温下通过低功率的8W紫外灯引发分散聚合,在一个密闭的体系中,将经过聚乙二醇400[PEG400]简单处理的纳米Fe3O4颗粒加入到马来酸酐功能单体与苯乙烯体系中,得到表面羧基化的Fe3O4/P(St-MAH)磁性聚合物微球。并在此基础上,利用光化学方法在Fe3O4/ P(St-MAH)磁性聚合物微球表面合成Cd1-xZnxS半导体,并研究其光催化性能。实验表明:所合成的Fe3O4/P(St-MAH)/Cd1-xZnxS磁性复合微球具有良好的光催化降解亚甲基蓝的性能;同时在CdSO4与ZnSO4的物质的量加入量为3∶1时,所得到的复合微球的光催化性能最好。