β-环糊精纳米复合材料的制备及其性能研究

【摘要】当今社会随着经济的迅猛发展，由化学物质导致的淡水污染问题是人类面临的主要环境问题之一，不但影响人们的日常生活还危害人体的健康。因此，处理污水的方法和材料成为环保领域的主旋律。与传统材料相比，纳米材料具有比表面积大、吸附性强等优点，是纳米科学领域中最前沿的研究方向之一。与此同时，纳米材料也存在一定的局限性，如不易分散、难于回收等。具有功能性的复合纳米材料的产生满足了人们的需求，它通过不同质的组成、不同相的结构及不同方式的复合而制备产生，特别是有机/无机纳米复合材料，因其综合了有机、无机和纳米材料的多重性质得到了世界各国科学工作者广泛关注，将在水处理领域拥有潜在的应用前景。环糊精由亲水性外沿和疏水性内腔构成，不但能与高价金属离子进行鳌合作用，还能与尺寸适宜的有机物、无机分子形成非共价键的主-客体包合物。此外，环糊精具有一定的立体选择和识别性能,能够去除和分离污水中有毒的污染物,是处理污水保护环境保护的重要工具。但环糊精亲水性的外沿使其在水中具有一定的溶解度,不能直接进行污水的净化，限制了其实际的应用。本论文中，我们将β-环糊精与有机、无机纳米材料结合起来，制备了三种修饰了环糊精的复合纳米材料，并研究了其性质和应用。具体内容如下：1.将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与β-CD和戊二醛通过静电纺丝的方法结合起来，进一步热交联从而得到不溶解于水的复合纳米纤维材料（β-CDXFM）。这种纳米纤维膜具有良好的亲水性，并且可在水中自由地伸展、卷曲，不受破坏。此外，在这项工作中以吸附甲基橙为例来研究这种材料的吸附性能，并通过改变吸附体系的反应时间、温度和pH等参数对材料进行评价和讨论。有实验数据表明,在最佳条件下其对甲基橙的吸附率高于95%,最大吸附量为39.82mg，该材料是一种具有可观吸附能力的优良材料。2.制备了一种同时具有磁性和吸附性的复合纳米材料。以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为基质，以Fe3O4纳米粒子与β-CD和戊二醛作为功能材料，通过静电纺丝技术制备了具有吸附能力的纳米微球，并可以通过磁性快速回收。所制备的复合磁性纳米微球（β-CDX/Fe3O4@PVP）具有亲水性的外壳，经过超生可以均匀的分散在水中，并对其进行了一系列的表征。此外，在这项工作中以吸附甲基橙为例来研究这种材料的吸附性能，并通过改变吸附体系的反应时间、温度和pH等参数对材料进行评价和讨论，在最佳条件下其对甲基橙的吸附率可达到90%以上,最大吸附量为47.62mg，此项技术为污水处理提供了一种非常具有潜力的功能材料。3.设计和合成了一种由β-环糊精修饰的Fe304磁性纳米颗粒。首先制备了磁性四氧化三铁纳米粒子，然后将纳米粒子包附一层SiO2，再将β-CD修饰在二氧化硅外壳的表面，获得具有一定吸附能力的磁性纳米小球，这种新型的材料同时拥有了MNPs的超顺磁性及电化学性质和环糊精的超分子识别及主-客体包合作用。此外，以甲基橙染料为例测试磁性β-环糊精纳米粒子（Fe3O4@SiO2/β-CD）在水溶液中的吸附能力，在最佳条件下其对甲基橙的吸附率可达到95%,最大吸附量为4.065mg，证实了环糊精修饰的磁性纳米粒子在水污染方面的应用。
【作者】文茜；
【导师】李耀先；杨清彪；
【作者基本信息】吉林大学，有机化学，2014，硕士
【关键词】β-环糊精；纳米材料；静电纺丝；吸附；磁性粒子；

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