基于g-C3N4的聚合物复合材料制备及性能的研究

摘要

随着工业和科技的发展，高分子聚合物材料被广泛应用于生活和生产中。传统的高分子聚合物材料种类单一，结构上有缺陷，导致部分性能较差，在实际应用中容易受到限制。聚合物/无机纳米复合材料兼具无机物的强度、阻燃性、耐磨性，和聚合物的弹性、延展性、导电性等，引起人们的关注，且必将成为未来材料领域的研究热点之一。石墨相氮化碳(g-C3N4)是二维片层材料，具有黄色的外观，结构与石墨相似，具有热稳定性、化学稳定性、光催化性能和荧光性能，制备方法简单，原料丰富，因此在实际应用如光催化反应、荧光探针、阻燃复合材料等方面比碳材料更具有优势。 本论文主要研究了石墨相氮化碳的制备，并将其剥离后，制备与聚丙烯酰胺/聚丙烯酸和聚乙烯醇的复合材料，分析复合材料的结构与性质。论文主要有以下几个方面的工作： 1)以三聚氰胺盐酸盐和三聚氰胺为前驱体，通过热缩聚合成法分别制备多孔石墨相氮化碳和块状石墨相氮化碳。两种石墨相氮化碳的结构相似，前者形貌呈疏松的多孔的层状堆叠结构，比表面积比块状石墨相氮化碳大，光催化活性更好。 2)超声剥离块状石墨相氮化碳制备了石墨相氮化碳纳米片(CNNS)。然后以它与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、过硫酸铵(APS)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)等为原料，通过自由基聚合法制备了系列不同含量CNNS的CNNS/PAM/PAA水凝胶。与PAM/PAA水凝胶相比，CNNS的加入可提高复合水凝胶的耐盐性。在不同pH值缓冲溶液中，复合水凝胶仍保持对水溶液的pH敏感性。同时由于CNNS/PAM/PAA水凝胶具有较好的荧光性能，且对银离子的选择性高，因此CNNS/PAM/PAA水凝胶可被用作检测银离子的荧光探针。 3)化学剥离块状石墨相氮化碳制备了石墨相氮化碳纳米片(g-CNs)，然后将其与聚乙烯醇(PVA)为原料，通过溶液共混法制备了一系列不同含量g-CNs的g-CNs/PVA膜。对复合膜的化学、力学、热力学、光学等性能进行研究，发现较低含量的g-CNs在复合膜中分散均匀，无团聚现象。且g-CNs的引入提高了复合膜的力学和热学性能，并使复合膜具有光致发光性能。

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