基于超分子环糊精的共聚物合成及其包络吸附性能研究

论文摘要

环糊精是由葡萄糖单元以a-1,4-糖苷键联结而成环状低聚糖。常见的环糊精一般是由6个、7个或8个葡萄糖基单元组成,分别称为a-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精。环糊精的分子结构较为特殊,其外表面具有亲水性,而内部是一个具有一定尺寸的疏水空腔,这使得环糊精具备了“外亲水、内疏水”的独特性质。这种特殊的结构可以使环糊精能够包络许多客体分子,如无机化合物、有机化合物、稀有气体等。由于环糊精内腔对客体分子的独特的包络能力,它已经被广泛应用于分子识别、吸附分离、药物缓释和感应器等领域。利用环糊精同六亚甲基二异氰酸酯进行反应得到了非水溶性的环糊精共聚物,并对聚合物的包络吸附性能进行了研究。利用SEM FT-IR、DSC、TG、XRD和氮气吸附方法对得到的聚合物的物理化学性质进行了表征。在低浓度联苯胺溶液中考察了温度和时间对吸附过程的影响,表明Freundlich方程可很好的描述含环糊精共聚物的吸附包络行为,并且计算得到了吸附过程中的△HT,△ST和△GT。合成了一种新型的多孔环糊精共聚物,并考察了其对芳胺化合物的吸附性能。利用制备得到的含双键的环糊精衍生物同苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯共聚合制备得到了环糊精共聚物,并在此基础上使用超临界二氧化碳对聚合物进行发泡以改善聚合物的形貌特征。采用FT-IR、TG、XRD、SEM和N2吸附方法对环糊精聚合物的物理化学性质进行了表征。分别采用发泡前后的环糊精聚合物对芳胺类化合物进行了吸附研究。其吸附动力学行为能够用拟二级动力学来描述。由于芳胺分子结构和极性差异,环糊精聚合物对各个物质的吸附量大小为：对甲苯胺>苯胺>联苯胺>邻甲苯胺。Freundlich方程和Langmuir方程都能够较好的拟合吸附的热力学平衡行为。利用聚琥珀酰亚胺、二胺化合物和甲基丙烯酸缩水甘油酯之间的反应将双键基团接枝到聚天冬氨酸分子链上,并进一步通过自由基共聚合的方法使之与含双键的功能化环糊精衍生物进行反应,首次合成得到了具有生物相容性的和包络吸附性能的环糊精-天冬氨酸聚合物。利用FT-IR和NMR的方法对聚合物的化学结构进行了表征,并用TG考察了聚合物的热性质。随后研究了环糊精-天冬氨酸聚合物在对布洛芬单体的包络和增溶性能。通过以硝酸、双氧水和高锰酸钾作为氧化剂对活性炭进行氧化处理,提高了活性炭表面含氧基团的含量,并对氧化处理前后的活性炭进行了SEM表征。利用活性炭表面存在着的一些含氧化学基团的反应活性,将环氧氯丙烷接枝到了活性炭表面,并进一步利用环氧氯丙烷的反应活性在碱性溶液中将环糊精接枝到活性炭表面。通过FT-IR分析和热重分析可以得出,红外光谱曲线在941cm-1处的特征峰和热重曲线在330℃的热重损失均能够证明环糊精的存在,这就表明环糊精已经成功的被接枝到活性炭表面。研究了氧化处理前后以及接枝环糊精的活性炭对甲苯二胺的吸附行为,由于氧化处理增加了活性炭表面的亲水基团,使得氧化处理活性炭对甲苯二胺的吸附能力下降。同样的,随着环糊精单元的引入,活性炭表面亲水性进一步的提高,因而使得活性炭对甲苯二胺的吸附能力也更差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容
• 1.2.1 异氰酸酯-环糊精共聚物的合成及其包络吸附性能研究
• 1.2.2 苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-环糊精共聚物的合成及其包络吸附性能研究
• 1.2.3 双模孔道STY-MMA-环糊精共聚物的制备及其包络吸附性能研究
• 1.2.4 具有布洛芬增溶功能的天冬氨酸-环糊精共聚物的合成
• 1.2.5 活性炭接枝环糊精材料的制备以及对甲苯二胺的处理
• 第2章 文献综述
• 2.1 环糊精的介绍
• 2.1.1 环糊精的分子结构
• 2.1.2 环糊精的基本性质
• 2.1.3 环糊精对客体分子的包络
• 2.1.4 环糊精衍生物
• 2.2 环糊精聚合物
• 2.2.1 环糊精聚合物的种类
• 2.2.2 环糊精聚合物的制备
• 2.3 环糊精聚合物的应用
• 2.3.1 环糊精聚合物在吸附分离领域的应用
• 2.3.2 环糊精聚合物在色谱分离方面的应用
• 2.3.3 环糊精聚合物对药物的包络缓释性能
• 2.3.4 分子印迹聚合物的制备
• 2.3.5 环糊精聚合物在感应器材领域的应用
• 第3章 异氰酸酯-环糊精共聚物的合成及其包络吸附性能研究
• 3.1 实验操作
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器与装置
• 3.1.3 实验步骤
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 异氰酸酯-环糊精共聚物的表征
• 3.2.2 联苯胺吸附标准曲线
• 3.2.3 吸附时间对吸附的影响
• 3.2.4 温度对吸附的影响
• 3.2.5 吸附平衡等温线
• 3.2.6 方程拟合
• 3.2.7 吸附热力学计算
• 3.3 本章结论
• 第4章 STY-MMA环糊精共聚物的合成及其包络吸附性能研究
• 4.1 实验操作
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 实验仪器与装置
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 STY-MMA环糊精共聚物的表征
• 4.2.2 芳胺化合物标准曲线
• 4.2.3 芳胺化合物吸附动力学
• 4.2.4 芳胺化合物吸附平衡等温线
• 4.3 本章结论
• 第5章 双模孔道STY-MMA环糊精共聚物的制备及其包络吸附性能研究
• 5.1 实验操作
• 5.1.1 实验药品
• 5.1.2 实验仪器与装置
• 5.1.3 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 发泡STY-MMA环糊精共聚物的表征
• 5.2.2 PS-MMA共聚物发泡研究
• 5.2.3 发泡STY-MMA环糊精共聚物对芳胺化合物的吸附
• 5.3 本章结论
• 第6章 具有布洛芬增溶功能的天冬氨酸-环糊精共聚物的合成
• 6.1 实验操作
• 6.1.1 实验药品
• 6.1.2 实验仪器与装置
• 6.1.3 实验方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 天冬氨酸-环糊精共聚物的红外光谱分析
• 1H NMR分析'>6.2.2 天冬氨酸-环糊精共聚物的¹H NMR分析
• 13C NMR分析'>6.2.3 天冬氨酸-环糊精共聚物的¹³C NMR分析
• 6.2.4 天冬氨酸-环糊精共聚物的元素分析
• 6.2.5 天冬氨酸-环糊精共聚物的热重分析
• 6.2.6 乙醇溶液中布洛芬浓度的测定
• 6.2.7 布洛芬在天冬氨酸-环糊精共聚物上的吸附和在水中溶解动力学
• 6.3 本章结论
• 第7章 活性炭接枝环糊精材料的制备以及对甲苯二胺的处理
• 7.1 实验操作
• 7.1.1 实验药品
• 7.1.2 实验仪器与装置
• 7.1.3 实验方法
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 活性炭表面基团含量
• 7.2.2 活性炭活化处理前后SEM表征
• 7.2.3 红外光谱分析
• 7.2.4 热重分析
• 7.2.5 活性炭接枝环糊精材料对TDA的吸附
• 7.3 本章结论
• 第8章 全文结论
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表论文情况