抗菌性阳离子星形聚合物的合成及应用

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在工业迅速发展的今天,废水种类和数量的迅猛增加造成水体的污染也日趋严重;在不断提高生活卫生水平的情况下,有害微生物也在不断威胁人类的安全和健康,所以实现工业的清洁化生产使其转化为环境友好性绿色低碳工业,就成为了实现可持续发展和提高行业竞争力的必由之路。本研究利用PER在2-溴异丁酰溴酰化下合成引发剂溴化季戊四醇(Br-PER)。同时采用原子转移自由基聚合(ATRP)技术,以马来酸酐(MA)键合聚六亚甲基盐酸胍(PHGH)得到低聚物胍盐单体(M-PHGH)为阳离子单体,丙烯酰胺为非离子单体,Br-PER为引发剂,在铜系催化剂和2,2’-联吡啶络合催化作用下,采用溶液聚合法合成抗菌性阳离子星形聚合物。采用差量法测定星形聚合物的反应产率,利用FT-IR、1H-NMR、粒径等方法表征了所制备的各步产品物理结构和物理性能。同时通过星形聚合物对大肠杆菌的最低抑菌浓度(MIC)的测试,从而对阳离子星形聚合物的抗菌性能进行了研究。实验考察了不同反应物配比、不同时间、不同温度,不同催化剂对反应产率及阳离子星形聚合物抗菌性能的影响。而阳离子星形聚合物也可对表面显电负性的物质进行吸附改性,例如本研究将聚合的阳离子星形聚合物与阴离子性质的碱性白土吸附改性,对污水中的重金属六价铬和阴离子染料(二甲酚橙)阳离子染料(亚甲基蓝)进行吸附处理,取得了不错的吸附效果。对纤维素表面进行吸附改性试验,改性后的纤维素取得了优异的抑菌效果。结论如下:1.用2-溴异丁酰溴对PER(摩尔比为1.5)进行酰化处理,合成带有活性卤素溴的大引发剂Br-PER,产品产率为43.5%;当MA和PHGH的摩尔比为1.2:1,反应温度为45℃,反应时间为20 h时,MA的转化率可以达到92.4%,且经过结构表征可知,MA已成功键合在PHGH上而获得低聚物阳离子胍盐单体(M-PHGH),其热稳定性相比PHGH有一定程度的提高。2.在铜系催化剂CuBr和2,2’-联吡啶络合催化作用,引发剂Br-PER为核,以固定摩尔比的AM与M-PHGH为臂合成阳离子星形聚合物。结果表明:反应温度为60℃,bpy与CuBr摩尔比2:1时,当摩尔比Br-PER:M-PHGH:AM为1:12:240时,由差量法计算的产物的产率为75.89%,但因其溶解度和最小抑菌浓度不理想的问题,取摩尔比Br-PER: M-PHGH:AM为1:12:120时,此时产率为60.11%,产物的最小抑菌浓度(MIC)为6.25ppm o3.由聚合的阳离子星形聚合物和碱性白土(0.2%wt)结合复配为改性剂:(1)吸附六价铬的最佳工艺条件:a、在30 ℃,130 r·min-1的水浴振荡器上振荡下,pH为3~4,振荡时间16 h,吸附量由空白碱性白土的0.37 mg·g-1提高到1.31 mg·g-1。(2)吸附染料的最佳工艺条件:a、对阳离子染料亚甲基蓝的实验,在30℃,150 r.min-1,PH=8-9的水浴振荡器上振荡160 min,取上清液在3500 r.min-1的高速离心机下离心,吸附量由空白碱性白土的154.74 mg·g-1提高到169.32 mg·g-1;b、对阴离子染料二甲酚橙的实验,在30℃,150 r·min-1,PH=2-3的水浴振荡器上振荡80 min,取上清液在3500 r·min-1的高速离心机下离心,吸附量由空白碱性白土的45.01 mg·g-1提高到49.21 mg·g-1;与Zeta电位测定的颗粒带电性一致。4.采用摇瓶法定性分析阳离子聚合物/蔗渣纤维素改性纤维素对大肠杆菌生长抑制率的影响,在SEM下观察可以清楚地看到星形聚合物吸附到了纤维素的表面,对它们进行红外分析可知有星形聚合物的明显吸收波峰,可以说明其已经成功的吸附在了纤维素的表面,而在极低吸附量下,阳离子聚合物/蔗渣纤维素可以作为一种营养物质促进大肠杆菌的生长,而吸附了1%阳离子聚合物的蔗渣纤维素则表现出优异高效的杀菌效果(抑菌率达到100%)。
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