基于Pickering乳液技术的CNF/聚合物复合气凝胶的制备及应用

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本文结合广西优势资源剑麻纤维,从中提取制备纤维素纳米纤(CNF)。将CNF水分散液作为水相,非水溶性聚合物溶于1,2-二氯乙烷(DCE)作为油相,在一定水油体积比下通过超声乳化作用形成CNF稳定的Pickering乳液。所得乳液经凝胶后再通过冷冻干燥手段制备了具有力学性能优异的CNF/聚合物复合气凝胶。进一步采用聚甲基氢硅氧烷(PMHS)对CNF/聚乳酸(PLA)复合气凝胶修饰改性后,获得具有优异疏水性能的CNF/PLA复合气凝胶,并初步探索了其在油水分离和吸油方面的应用。最后,将功能性小分子1,4-二羟基蒽醌(1,4-DHAQ)和PLA共同溶解在油相中,制备出具有功能性的装载了1,4-DHAQ的CNF/PLA复合气凝胶,其可作为快速灵敏检测铜离子的荧光探针材料。具体内容如下:(1)采用CNF稳定的Pickering乳液技术,通过调控油相中聚合物的种类及其浓度,简便快速地来制备CNF/聚合物复合气凝胶。研究CNF在水相中的浓度、油相中聚合物浓度、水油相体积比和聚合物种类对CNF稳定的Pickering乳液凝胶形成的影响,以及油相中聚合物浓度和种类对复合气凝胶的形貌结构和性能的影响。结果表明,所得CNF/聚合物复合气凝胶为低密度多孔结构,且聚合物的引入可明显改善CNF气凝胶的力学性能。(2)采用简单的化学接枝的方法将聚甲基氢硅氧烷(PMHS)接枝到CNF/PLA复合气凝胶结构中对其进行修饰改性,得到疏水亲油的CNF/PLA复合气凝胶,并且对PMHS修饰后的CNF/PLA的疏水机理进行探讨。所得的PMHS修饰改性的复合气凝胶仍然保持原有的多孔结构,具有优异的疏水性能,与水的接触角随着PMHS的用量增加而越来越大,其中CNF/PLA-3水接触角达到了141.0°,并能够成功进行水中除油和油水分离。(3)将1,4-二羟基蒽醌(1,4-DHAQ)和PLA共溶解在1,2-二氯乙烷(DCE)中作为油相,利用CNF稳定的Pickering乳液技术制备负载1,4-DHAQ的CNF/PLA复合气凝胶。研究负载了1,4-DHAQ的CNF/PLA(A-1,4-DHAQ@CNF/PLA)复合气凝胶的结构及其形成机理,并通过荧光光谱分析研究其作为固态荧光探针对Cu2+的检测敏感性。结果表明,A-1,4-DHAQ@CNF/PLA复合气凝胶结构中,1,4-DHAQ均匀地分散依附在CNF和PLA形成的复合孔壁上。所得的A-1,4-DHAQ@CNF/PLA复合气凝胶相比于纯的1,4-DHAQ对Cu2+具有更好的检测敏感性能,对Cu2+的检测线性浓度范围低至5×10-84.5×10-7 mol/L,而纯的1,4-DHAQ可检测的铜离子的线性浓度范围仅为:5×10-75×10-6 mol/L。
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