关键词：
PAMAM树形大分子
聚合物异质微球
合成
吸附
染料
蛋白质
摘要：
聚合物微球具有化学和物理组成可设计、拓扑结构和孔结构可调、比表面积高、合成策略灵活等特性,在水污染处理、生物和药物分子分离等吸附分离领域广泛应用。然而,大部分聚合物微球具有疏水交联聚合物骨架,对不同水体环境的适应性较差,限制了吸附分离效果的提升。因此,设计和发展新型聚合物微球吸附分离材料及其制备方法,实现目标物的高效分离具有重要的意义。为此,本论文以聚酰胺-胺（PAMAM）树形大分子为构筑单元,分别采用表面修饰法和原位构筑法设计制备了一系列基于PAMAM树形大分子的聚合物异质微球,并探究了其对染料、蛋白质的吸附分离性能。主要研究内容如下:1.通过乳液界面聚合,以4-乙烯基苄氯（VBC）为微亲水单体,苯乙烯（St）、二乙烯基苯（DVB）为疏水单体,聚苯乙烯（PS）微球为种子,制备了一系列具有不同化学组成的亲水/疏水结构的Janus微球,通过改变乳化剂的浓度、VBC单体用量、DVB/St的添加比例等条件对Janus微球的结构组成进行了调控。进一步通过PAMAM树形大分子对合成的Janus微球进行功能化,制备了系列基于PAMAM树形大分子的Janus微球。以孔雀石绿（MG）和牛血红蛋白（BHb）为典型代表,系统研究了PAMAM树形大分子功能化Janus微球对上述目标物的饱和吸附容量、吸附动力学、等温吸附等。结果表明PAMAM树形大分子功能化Janus微球对MG和BHb的饱和吸附容量分别为44.01 mg·g-1和135.33 mg·g-1,最佳吸附p H范围分别为6-10;对MG和BHb的吸附可在180 min达到平衡,对二者的吸附均符合拟二级动力学模型,液膜扩散过程为控速步骤。等温吸附表明,随着温度和目标物初始浓度的增加,其吸附量逐渐增加,等温吸附过程符合Langmuir等温模型,为单分子层吸附。2.通过乳液界面聚合,以VBC为微亲水单体,以St、DVB为疏水单体,采用磺化聚苯乙烯种子,制备了一系列不同孔径的亲水/疏水多孔聚合物异质微球,通过改变VBC的加入量等条件调控了多孔聚合物异质微球的组分结构,获得了最佳合成策略。在此基础上,通过PAMAM树形大分子对其进行修饰得到功能化的多孔聚合物异质微球。系统研究了功能化多孔聚合物异质微球对MG和BHb的吸附性能,考察了时间、温度、MG或BHb初始浓度等条件对吸附性能的影响;进一步研究了多孔聚合物异质微球对模拟废水中的MG吸附性能及其循环再生使用性能。结果表明PAMAM树形大分子功能化的多孔聚合物异质微球对MG和BHb的吸附性能较PAMAM树形大分子功能化Janus微球均有提升,吸附容量分别可达57.20和244.00 mg·g-1;对MG和BHb的吸附动力学均在180 min达到平衡,吸附过程同样符合拟二级动力学模型,为液膜扩散控制过程;等温吸附表明吸附量随着温度及目标物初始浓度的增加而增加。再生性能研究表明,通过使用无水乙醇可对吸附MG的多孔聚合物异质微球再生,在5次循环使用后,其再生率仍可达92.45%,表明合成的功能化多孔聚合物异质微球具有良好循环再生使用性能。3.在上述研究基础上,采用发散合成法合成了系列新型的PAMAM树形大分子单体,并以其为亲水单体,以St、DVB为疏水单体,采用乳液界面聚合原位构筑了系列基于PAMAM树形大分子的多孔聚合异质微球。通过调控亲/疏水单体的比例、种子的种类以及乳液聚合时间等条件对多孔聚合物异质微球的化学组成和结构进行调控,获得了多孔聚合物异质微球的形成机理及控制机制。系统研究了通过原位构筑的多孔聚合物异质微球对BHb的吸附性能,考察了蛋白质初始浓度、时间和温度等条件对BHb吸附性能的影响。结果表明原位构筑的多孔聚合物异质微球对BHb的吸附量达到了260.67 mg·g-1,较PAMAM功能化多孔聚合物异质微球的吸附量提升了6.2%。吸附动力表明对BHb的吸附可在150 min达到平衡,吸附过程符合拟二级动力学模型,且液膜扩散过程为控速步骤;等温吸附结果表明,BHb的吸附量随着温度及蛋白质初始浓度的升高而增大。
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