聚多巴胺类纳米粒子的制备与表征及其在界面聚合复合膜中的应用探索

摘要

近年来的仿生学研究发现，海洋中贻贝的足腺细胞能够分泌出一种具有超强粘附性能的足丝蛋白，这种蛋白在潮湿环境下也可以迅速地固化成足丝，将贻贝牢牢固定在礁石、船体、绳缆等固体的表面。研究者们发现，贻贝足丝的强附着能力来源于足丝蛋白中的多巴（L-DOPA）和赖氨酸残基，多巴胺兼有L-DOPA的邻苯二酚结构和赖氨酸的氨基，能在弱碱性水溶液条件下通过多层次的自聚-组装形成纳米结构，并进一步在固体材料表面沉积，形成紧密附着的涂层。因此，多巴胺被广泛用作儿茶酚化学的模型化合物。本课题组以前的研究发现，多巴胺不仅能够在材料表面沉积形成涂层，也能在溶液中形成纳米粒子(NPs)。为稳定制备尺寸可控的多巴胺类NPs，本论文系统地研究了制备条件对多巴胺类NPs尺寸和形貌的影响，探讨了NPs的基本性质及其形成机理。在此基础上，尝试将所制备的PDA NPs用于界面聚合反渗透(RO)复合膜的改性，考察界面聚合反应的水相中PDA NPs的引入对RO膜渗透性、选择性、表面亲水性的影响，为PDA NPs在膜材料制备中的应用提供参考。主要研究工作主要分为以下两个部分:
　　(1)基于在氧化条件下，多巴胺等儿茶酚衍生物可以通过自聚-组装行为形成聚多巴胺类纳米粒子，本部分工作采用溶液氧化法，通过系统地调节溶质浓度、反应温度、反应介质、反应时间、氧化剂种类等实验条件，在不同反应条件下合成一系列尺寸不同，分散性良好的聚多巴胺类纳米粒子，并利用紫外-可见分光光度计、粒度分析仪、透射电镜、pH自动校正计、傅里叶-变换红外光谱仪等观测纳米粒子的形貌尺寸和化学组成，最后结合本研究结果和相关文献报道，探讨聚多巴胺类纳米粒子的形成机理和实验条件，为制备粒径可控、均匀稳定的聚多巴胺类纳米粒子提供了数据资料，且为掌握聚多巴胺类自聚组装体多层次结构和聚多巴胺类多功能性应用提供实验依据。
　　(2)PDA NPs中富含氨基、亚氨基、邻苯二酚等功能基团，这些功能基团在一定条件下可以发生迈克尔加成反应、席夫碱反应、酰胺化反应和酯化反应等，因此PDA NPs表面容易进行功能化修饰，且在聚合物材料中具有优异的界面相容性和分散性。基于此，本文将PDA NPs引入到界面聚合复合膜中。为界面聚合复合膜的表面亲水化改性提供了新的契机。本部分工作首先用界面聚合法制各聚酰胺复合膜，然后将所制备的PDA NPs引入到界面聚合复合膜的功能层中，通过系统地调节两相单体浓度、反应时间、PDA NPs浓度等实验条件，分别利用红外光谱、SEM、接触角测定仪、通量测量仪等测量了改性前后膜表面的化学组成、形貌、截盐率、通量以及亲水性，考察聚酰胺复合膜膜性能的影响因素，同时为聚合物复合膜表面的亲水化改性提供新的思路。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 多巴胺的自聚-组装行为

1．1．1 前言

1．1．2 多巴胺的自聚-组装过程

1．1．3 多巴胺的黏附机理

1．1．4 多巴胺在材料改性的应用

1．2 聚合物膜的亲水化改性

1．2．1 前言

1．2．2 聚合物膜的分离过程

1．2．3 聚合物膜的亲水化改性方法

1．3 反渗透复合膜的表面特性和表面改性

第2章 课题的提出、研究内容和研究意义

2．1 课题的提出和意义

2．2 课题研究思路

2．3 设计思路与研究方案

2．3．1 聚多巴胺类纳米粒子的制备及其表征

2．3．2 PDA NPs在界面聚合复合膜中的应用

第3章 聚多巴胺类纳米粒子的制备和表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料和试剂

3．2．2 主要实验设备

3．2．3 聚多巴胺类纳米粒子的制备

3．2．4 聚多巴胺类纳米粒子的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚多巴胺类纳米粒子的化学组成

3．3．2 制备聚多巴胺类纳米粒子的影响因素

3．3．3 多巴不能形成纳米粒子的原因

3．4 本章小结

第4章 聚多巴胺纳米粒子在界面聚合中的应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料和试剂

4．2．2 主要实验设备

4．2．3 聚酰胺复合膜的制备

4．2．4 聚酰胺复合膜的结构表征

4．2．5 聚酰胺复合膜的性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 聚酰胺复合膜性能的影响因素

4．3．2 PDA NPs对聚酰胺复合膜性能的影响

4．4 本章小结

第5章 主要结论及创新

5．1 主要结论

5．2 创新点

参考文献

作者简介及硕士期间的科研成果