多孔聚苯乙烯类微球的可控合成、表征、磁功能化及应用研究

论文摘要

以7类小分子化合物和3个系列的高分子╱小分子复合物为致孔剂,采用悬浮聚合法制备了4个系列、29种多孔聚二乙烯基苯（PDVB）微球,以N2吸脱附和压汞法系统地表征与分析了产物的孔结构。发现致孔剂分子与PDVB网络相容性越好,产物的比表面积和孔隙率就越高;以小分子化合物为致孔剂时,改变致孔剂类型可实现不同微结构PDVB微球的可控制备,比表面积可控制在482-818m2/g之间、孔体积可控制在0.41～2.02m3/g之间、孔面积可控制在53～169m2/g之间;以高分子/小分子复合物为致孔剂时,改变高分子的用量可实现不同微结构PDVB微球的可控制备,比表面积可控制在224～813m2/g之间、孔体积可控制在0.18～0.89m3/g之间、孔面积可控制在42～177m2/g之间;在适当比例的高分子致孔剂与小分子的诱导下能实现双相分离,获得具有良好孔连通性的PDVB微球,这类微球在惯性约束聚变的容器材料和吸附与净化中均有良好的应用前景。采用悬浮聚合和后交联两步法制备了7种具有明确孔结构的、孔径呈双峰分布的高度交联聚苯乙烯（HCLPS）微球。用N2吸脱附和压汞法表征了产物的孔结构,SEM分析了微球的表面形貌。发现改变共致孔剂中的聚丙烯（PP）用量能可控制备不同微结构的HCLPS微球,比表面积可控制在389～793m2/g之间、孔体积可控制在0.27～0.59m3/g之间、孔面积可控制在49～112m2╱g之间;两步交联法能制备孔径呈双峰分布的HCLPS微球,而且随PP用量增加,双峰分布的特征更加明显,这类孔径呈双峰分布的多孔微球在催化剂载体中有潜在的应用价值。采用分散聚合和后交联两步法制备了系列具有超高比表面积的HCLPS微球,用N2吸脱附表征了产物的孔结构,TEM表征了微球的粒径。发现改变单体乙烯基苄氯的用量能可控制备具有不同微结构的HCLPS微球,比表面积可控制在17～1161m2/g之间、孔体积可控制在0.01～0.72m3╱g之间;将该微球用作储氢材料,发现在163K/1.5MPa下,HCLPS微球具有较高的储氢能力,最高可达2.27wt%。以磺化大孔PDVB微球为载体制备了系列磁性多孔微球,用FT-IR、TEM、TGA、XRD和磁力计对产物进行了系统地分析与表征。发现磁性多孔微球中,磁性纳米颗粒的质量分数在4-20wt%之间可调,且该微球在室温下表现出超顺磁性;将该微球应用于含阳离子染料的废水处理,发现它能快速地吸附废水中的阳离子染料,吸附效率最高可达99.2%;在外加磁场的作用下,可瞬间分离该微球;再生工艺简单,能重复使用30次以上,为处理含阳离子染料的废水提供了一种新型可循使用的吸附剂。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 多孔聚苯乙烯类微球的合成
• 1.2.1 MPPS微球的制备
• 1.2.1.1 悬浮聚合
• 1.2.1.2 种子溶胀聚合
• 1.2.1.3 沉淀聚合
• 1.2.1.4 模板印迹法
• 1.2.1.5 其它方法
• 1.2.2 HCLPS的合成
• 1.2.2.1 Davankov方法
• 1.2.2.2 Sherrington方法
• 1.3 孔结构形成机理
• 1.3.1 MPPS的孔结构形成机理
• 1.3.2 HCLPS的孔结构形成机理
• 1.4 合成条件对孔结构的影响
• 1.4.1 合成条件对MPPS孔结构的影响
• 1.4.1.1 致孔剂类型对MPPS孔结构的影响
• 1.4.1.2 DVB浓度对MPPS孔结构的影响
• 1.4.2 合成条件对HCLPS孔结构的影响
• 1.5 多孔聚苯乙烯类微球的应用
• 1.5.1 在惯性约束核聚变中的应用
• 1.5.2 在制备磁性复合材料中的应用
• 1.5.3 在储氢中的应用
• 1.5.4 在催化剂载体中的应用
• 1.5.5 含阳离子染料废水的处理
• 1.5.6 其它应用
• 1.6 研究课题的提出及意义
• 第二章 以小分子化合物为致孔剂制备多孔聚二乙烯基苯微球
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 试剂的处理
• 2.1.3 多孔聚二乙烯基苯微球的合成
• 2.1.4 测试仪器和测试方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 多孔聚二乙烯基苯微球的制备
• 2.2.2 微球的表面形貌分析
• 2.2.3 微球的孔结构表征
• 2.2.3.1 吸脱附表征结果
• 2.2.3.2 压汞法表征结果
• 2.2.4 致孔剂类型对微球孔结构的影响
• 2.2.4.1 对比表面积的影响
• 2.2.4.2 对孔面积的影响
• 2.2.4.3 对平均孔径的影响
• 2.2.4.4 对孔隙率的影响
• 2.2.4.5 对孔径分布的影响
• 2.2.5 致孔剂用量对微球孔结构的影响
• 2.2.6 共致孔剂组成对微球孔结构的影响
• 2.3 小结
• 第三章 以高分子/小分子化合物为共致孔剂制备多孔聚二乙烯基苯微球
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂
• 3.1.2 试剂的处理二
• 3.1.3 多孔PDVB微球的合成
• 3.1.4 测试仪器和测试方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 多孔PDVB微球的制备
• 3.2.2 微球的表面形貌
• 3.2.3 微球的孔结构表征结果
• 3.2.3.1 PP/TOL系列微球的表征结果
• 3.2.3.2 PE/DCB系列微球的表征结果
• 3.2.4 高分子致孔剂用量及分子量对微球孔结构的影响
• 3.2.4.1 对比表面积的影响
• 3.2.4.2 对孔面积的影响
• 3.2.4.3 对孔隙率的影响
• 3.2.4.4 对平均孔径和孔径分布的影响
• 3.2.4.5 对微孔孔隙率的影响
• 3.2.5 PDVB球体分裂现象的产生及其机理的初步研究
• 3.2.5.1 致孔剂用量
• 3.2.5.2 致孔剂种类
• 3.2.5.3 搅拌条件
• 3.2.5.4 其它反应
• 3.2.5.5 球体分裂机理初探
• 3.4 小结
• 第四章 孔径呈双峰分布的高度交联聚苯乙烯类微球的可控制备与表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂
• 4.1.2 试剂的处理
• 4.1.3 VBC-DVB预聚物的制备
• 4.1.4 HCLPS微球的制备
• 4.1.5 测试仪器和测试方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 VBC-DVB预聚物和HCLPS微球的制备
• 4.2.2 VBC-DVB预聚物和HCLPS微球的孔结构表征结果
• 4.2.2.1 吸脱附表征结果
• 4.2.2.2 压汞法表征结果
• 4.2.3 共致孔剂组成对VBC-DVB预聚物和HCLPS孔结构的影响
• 4.2.3.1 对比表面积的影响
• 4.2.3.2 对孔面积的影响
• 4.2.3.3 对平均孔径和孔径分布的影响
• 4.2.3.4 对孔隙率的影响
• 4.2.4 HCLPS的溶胀能力
• 4.2.5 VBC-DVB预聚物和HCLPS的SEM分析
• 4.3 孔结构形成机理
• 4.4 小结
• 第五章 具有超高比表面积的聚苯乙烯微球的制备及在储氢中的应用
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 试剂
• 5.1.2 试剂的处理
• 5.1.3 CMPS微球的制备
• 5.1.4 HCLPS微球的制备
• 5.1.5 CMPS和HCLPS微球的表征
• 5.1.6 HCLPS微球的储氢性能测试
• 5.1.6.1 储氢装置
• 5.1.6.2 实验过程
• 5.1.6.3 实验设备的空白校正
• 5.1.6.4 实验数据的处理
• 5.2 CMPS和HCLPS微球的制备与表征
• 5.2.1 CMPS和HCLPS微球的制备
• 5.2.2 CMPS和HCLPS微球的粒径
• 5.2.3 CMPS和HCLPS微球的孔结构
• 5.2.4 CMPS和HCLPS微球的溶胀度
• 5.3 超高比表面积微球在储氢中的应用研究
• 5.4 小结
• 第六章 多孔聚二乙烯基苯磁性微球的制备及在净化含阳离子染料废水中的应用
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 试剂
• 6.1.2 聚二乙烯基苯微球的磺化
• 6.1.3 磁性多孔微球的制备
• 6.1.4 空白对比实验
• 6.1.5 磁性多孔微球的表征
• 6.1.6 水溶性阳离子染料的吸附与磁分离
• 6.1.7 碱性品红和甲基紫标准溶液的配制
• 6.1.8 磁性多孔微球洗脱液的优化
• 6.1.9 阳离子金黄的吸附与磁分离
• 6.2 磁性多孔微球的制备与表征
• 6.2.1 PDVB微球的磺化
• 6.2.2 磁性多孔微球的制备
• 6.2.3 磁性多孔微球的孔结构
• 6.2.4 磁性多孔微球的磁性能
• 6.2.5 磁性多孔微球的TGA和XRD分析
• 6.2.6 MNPs的形貌分析
• 6.3 磁性多孔微球在含阳离子染料废水处理中的应用研究
• 6.3.1 碱性品红和甲基紫的吸附与磁分离
• 6.3.2 磁性多孔微球的再生
• 6.3.3 BF和MV标准直线的拟合
• 6.3.4 磁性多孔微球的分离效率
• 6.3.5 磁性多孔微球洗脱液的优化
• 6.3.6 阳离子金黄的吸附与磁分离
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要创新点
• 参考文献
• 作者简历及在学期间取得的科研成果