用于铀酰离子富集的功能高分子微球及温敏聚合物研究

【摘要】功能高分子微球是一种新型功能材料，在重金属离子的吸附，生物分离，药物载体等领域有着广泛的应用。可以通过表面接枝及改性使微球具有功能性，但步骤通常比较繁杂。近年来使用两亲性嵌段聚合物一步法制备功能化高分子微球引起了大家的关注。同时，新型磁性高分子微球是近年来研究的热点，通过一定方法将无机磁性粒子与有机高分子结合可以制备具有磁性及多重功能的复合材料。另一方面，铀是核废料中最主要的放射性元素，对人类的健康及环境存在很大的威胁。因此设计合成新型材料用于铀元素的分离富集就变为尤为重要。铀元素是自然界中存在的最重的金属，具有多个配位位点，可以与带有配位基团的聚合物进行组装形成螯合聚合物，达到从水溶液中移除铀酰离子的目的。本论文基于这两个方面，研究了功能化高分子微球和智能聚合物用于铀酰离子分离富集的研究。本论文的具体研究如下：（1）聚丙烯酸功能化聚合物微球用于水溶液中铀酰离子的高效去除。铀(VI)具有高毒性及放射性，对人类的健康及环境有着巨大的威胁。本研究制备了新型的吸附剂用于水中铀酰离子的高效去除。首先，通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合合成聚丙烯酸叔丁酯-b-聚苯乙烯的嵌段共聚物，通过水解得到聚丙烯酸-b-聚苯乙烯的嵌段共聚物，并使用这种嵌段共聚物作为乳化剂进行苯乙烯/二乙烯基苯的乳液聚合物。可以对聚合物微球表面聚丙烯酸链段的长度和密度进行调节，因此可以控制对于铀酰离子的吸附容量。研究了pH，吸附剂用量，共存离子，温度，吸附时间，铀酰离子初始浓度对其吸附性能的影响。吸附在4h时会达到平衡，可以通过二级动力学模型来描述吸附过程，在298.15K、pH4.5的条件下，通过朗格缪尔方程中计算得到聚合物微球的最大吸附量为990mg/g。研究表面，这种聚丙烯酸链段功能化的聚合物微球可以作为新型吸附材料，用于水中铀酰离子的高效去除。（2）新型印迹磁性复合微球用于水中铀酰离子的快速去除。用N-羟乙基丙烯酰胺、1-乙烯基咪唑作为共聚单体，铀酰离子溶液为溶剂，在四氧化三铁表面进行了聚合，制备了新型印迹的磁性高分子微球，用于水溶液中铀酰离子的高效、快速的移除。研究了pH、吸附剂用量、温度、共存离子、竞争离子及铀酰离子初始浓度对于材料吸附性能的影响。同时进行了吸附动力学及热力学的研究。吸附在1分钟时可以达到平衡，可以使用动力学二级方程来描述吸附过程。在298.15K、pH5的条件下，通过朗格缪尔方程中计算得到磁性高分子微球的最大吸附量为146.41mg/g。与未印迹的磁性高分子微球相比，印迹的磁性高分子微球具有更大的吸附容量，更快的吸附速率，更好的选择性。研究表面，这种新型磁性高分子微球可以用来快速、有效地去除铀酰离子。（3）生物相容性温敏聚合物用于水中铀酰离子的去除研究。合成了一种生物相容性腺嘌呤功能化的温敏性聚合物，即2-（腺嘌呤-9）乙基甲基丙烯酸酯（EAM）与甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱（DMAB）的无规共聚物。由于DMAB具有高临界转变温度(UCST)，研究了聚合物中两种单体的比例对相转变温度和自组装形态的影响。随着聚合物链上腺嘌呤基团比例的增加，聚合物的相转变温度逐渐升高。聚合物自组装为棒状结构，并且在自组装体的内部有微相分离产生。随后加入铀酰离子，可以看出聚合物与铀酰离子的络合物组装成雪花状。当在相转变温度以上，聚合物链段呈现为伸展的状态，可以有效和铀酰离子相互作用；在相转变温度之下则铀酰离子完全包裹在聚合物中。使用聚合物的温敏性可以在组装后将铀酰离子-聚合物杂化材料分离出来，实现从水溶液中移除铀酰离子的目的。
【作者】张爽；
【导师】华道本；
【作者基本信息】苏州大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】高分子微球；磁性复合微球；铀酰离子；腺嘌呤；自组装；

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