泡沫相分离制备多孔/中空微球及其对苯酚的吸附研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:Tianzhh
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多孔聚合物微球以其特殊的结构形态、低密度和高比表面积成为一种关注度很高的新型功能聚合物材料。由于制备方法的多样性,得到的多孔聚合物微球结构、孔径及粒径分布可调等特点,被广泛应用于生物医药、催化载体、污水处理等方面。现有的多孔微球制备方法如悬浮聚合、乳液聚合、种子溶胀、溶剂挥发诱导相分离等方法制备过程繁琐复杂,耗时长并且效率低。因此发明一种通用、简单、高效的制备方法,简单高效的制备多孔聚合物微球成为微球制备领域的研究热点。本论文正是以此为基础,提出了一种新的简单、高效、通用的制备多孔聚合物微球的方法,即在泡沫相中实现溶剂挥发诱导相分离制备多孔聚合物微球的方法。首先,通过实验验证了该方法的可行性并阐述其成球机理,并且对比在水相中溶剂挥发相分离的方法,验证该方法的高效性。在此基础上,通过改变聚合物与致孔剂用量比、聚合物浓度、保护胶体浓度、搅拌速度等条件对微球表面形貌、内部孔结构、粒径及分布进行调控。接着,通过改变水相极性制备表面单孔或少孔的中空聚合物微球。最后,以利用该方法制备出的P(MMA-BA)多孔微球对苯酚进行快速溶胀吸附,考察微球对苯酚的吸附效果。主要结论如下:1.泡沫相分离法可简单高效地制备出多孔聚合物微球。在油水相比≥1的条件下,通过对比在水相和泡沫相的溶剂挥发相分离方法,发现微球可在泡沫中快速挥发良溶剂,发生相分离成孔,高效地制备多孔微球。同时,出泡过程中反应器内油水相比不断变化,泡沫相对微球稳定和分散有着重要影响,故在油水相比为3时仍然可得到完整的多孔微球且产率达48%。2.聚合物与致孔剂用量比或聚合物浓度逐渐减小,可以实现微球由实心-多孔(非贯通)-多孔(贯通)-中空结构的演变。增大保护胶体浓度或转速时,微球粒径均减小,但良溶剂的迁移挥发速率不同,故得到的微球多孔结构不同,增大PVA浓度得到的微球表面孔数目较少、孔径较大,而增大转速得到的微球孔数目较多。改变聚合物性质和致孔剂类型,影响致孔剂与聚合物相分离时间和程度,故得到的微球孔结构不同。3.通过改变实验初始温度、升温速率,影响良溶剂迁移挥发速率和油相液滴内部气化程度,得到不同孔结构微球。减小升温速率时,得到的微球表面孔径减小、孔数目增大,而初始温度增大,溶剂气化程度增强,得到中空结构的微球。通过水相中加入无水乙醇,改变水相极性,即改变油相中良溶剂的迁移“路径”,得到中空聚合物微球,并通过减小聚合物用量,实现减小中空微球壳层厚度及微球粒径。4.在静态吸附条件下,P(MMA-BA)多孔微球在高浓度苯酚水溶液中具有明显的溶胀吸附效果,通过不同苯酚浓度时,改变微球用量、吸附时间、温度等条件,发现在10000ppm的苯酚水溶液中:(1)微球用量占苯酚水溶液4%时吸附容量Q达到最大吸附119.64mg/g,微球用量越大,溶胀吸附效果越不明显;(2)微球在10000ppm的苯酚水溶液中吸附60min后吸附容量已经逐渐趋于平缓,而苯酚浓度越低,达到吸附平衡的时间越长;(3)随着温度升高,微球吸附容量下降,但吸附速率增大,在60℃下微球吸附10min内就能达到平衡,吸附容量Q为69.32mg/g。通过吸附热力学方程(Fredunlich及Langmuir吸附等温方程)进一步证明该微球的吸附能力较强。此外,设计多级吸附,使10000PPm苯酚水溶液快速降至100~200ppm。
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