硅/碳基智能响应型印迹聚合物的制备及其在污染物分离中的应用研究

摘要

智能响应印迹聚合物结合了分子印迹聚合物和刺激响应机制的内在优势，能够在外界环境刺激下，其分子链结构、溶胀度、表面属性及溶解度等发生变化，引起印迹位点三维空间结构的改变，致使其对模板分子的特异性识别能力的减弱，从而实现印迹聚合物对模板分子响应性识别控制。因此，基于对目标分子智能的选择性可控识别，其对构建环境友好型功能材料具有重要的意义。
　　本论文结合了分子印迹技术，光引发聚合，活性/可控自由基聚合以及智能响应机制等具有的内在优势，分别以硅基和碳基材料为基质材料，制备出具有良好形貌和优异性能的智能响应型表面分子(离子)印迹聚合物。通过大量的表征对所制备的印迹聚合物的结构及形貌进行了分析，并探讨了其对环境污染物的吸附性能以及特异性识别能力。此外，论文进一步研究了智能响应印迹聚合物的智能可控识别机制，深入分析其在智能控制分离体系应用中的可行性。主要的研究内容和结果如下：
　　(1)以二氧化硅为基质材料，室温下通过光引发聚合制备核壳型表面离子印迹聚合物(P-IIPs)。随后，实验对 P-IIPs进行表征分析，并通过吸附实验考察其吸附行为。结果发现，相比于热引发制备的印迹聚合物，P-IIPs表面呈现较薄且均匀的印迹聚合物层，并且具有较高的吸附容量。理论分析及实验结果同时证实了P-IIPs能够较好地应用在室温环境，提高了其潜在的应用性。动态吸附实验结果表明P-IIPs是一种高效且有前途的钴离子吸附剂。实际样品分析结果表明P-IIPs能够成功对环境样品中的目标物进行选择性分离。
　　(2)以介孔二氧化硅(SBA-15)作为基质材料，结合刺激响应机制和分子印迹技术，制备了新型具有高吸附容量的光响应型介孔分子印迹聚合物(P-MIPs)。所合成的材料随后进行表征分析，并研究了其光致异构性行为。结果表明，P-MIPs对双酚 A(BPA)表现出优异的光响应结合性能，且其吸附行为符合Langmuir等温线模型以及准二阶动力学模型。并且P-MIPs能够在交替光照射下对被吸附的BPA进行智能分离以及再识别。实际样品分析结果表明，P-MIPs能够对目标分析物进行光控选择性分离。
　　(3)以氧化石墨烯为基质材料，结合刺激响应机制与分子印迹技术的内在优势，在室温下采用光引发RAFT聚合，合成了一种温敏型氧化石墨烯基印迹聚合物(GT-MIP)。实验并对其形貌结构进行表征分析，并通过静态吸附实验考察其吸附性能。结果表明，GT-MIP呈现出二维平面结构上均匀球状聚合物形貌，其对对硝基苯酚(p-NP)的吸附过程为化学吸附，且吸附行为符合Langmuir等温线模型，最大吸附容量为247.31 mg g-1，并展现出对p-NP优越的特异识别性能。DSC研究表明GT-MIP具有显著的温敏性行为，其LCST为35.67 ℃。通过研究GT-MIP对p-NP在温度控制下的吸附情况，结果表明 GT-MIP能够通过温度控制其对底物进行响应性识别。深入分析其温度响应性识别机制，结果表明GT-MIP表面上已被吸附的目标物能够温控进行洗脱以及再识别。这种温度响应性识别能力，拓展了温敏性分子印迹材料的潜在应用性。

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第1章 绪论

1.1 环境污染物概述

1.2 分子印迹技术

1.3 智能响应印迹聚合物

1.4 课题的研究背景、目的、意义及研究的内容

第2章 室温下光引发聚合制备核壳型离子印迹聚合物及其对钴离子的动态吸附研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第3章 光响应型介孔分子印迹聚合物的制备及对双酚A的光控选择性分离研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第4章 温敏型氧化石墨烯基表面印迹聚合物的制备及其对对硝基苯酚的选择性分离研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢