大豆蛋白-聚丙烯酰胺/复合盐抗冻凝胶电解质的制备及其应用

以大豆蛋白(SPI)、丙烯酰胺(AAm)、ZnCl₂、LiCl为原料,制备得到一种具备抗冻性能的大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合盐(SPI-PAAm/ZnCl₂-LiCl)抗冻凝胶电解质,并将其应用到混合电容器中,考察器件在低温下的电化学性能。研究结果表明：ZnCl₂和LiCl的加入,破坏了凝胶电解质中水分子间氢键,并赋予凝胶电解质优异的低温离子电导率和较好的低温力学性能。当ZnCl₂与LiCl物质的量比为5∶12时,此条件下的抗冻凝胶电解质性能最优。在-70℃下,抗冻凝胶电解质经历100次应变为100%的循环拉伸测试仍保持结构完整,应力保持率>65%,塑性变形率<25%,能量损耗系数<0.35。基于此抗冻凝胶电解质的混合电容器在低温下仍具备良好的电化学性能,在-80℃下可以正常工作,低温环境下能量密度集中在50～200 Wh/kg,功率密度集中在1 000～30 000 W/kg,即便在-70℃下,混合电容器的功率密度接近1 000 W/kg,能量密度>10 Wh/kg。同时,在-...     

大豆蛋白基复合凝胶球对亚甲基蓝的吸附研究

以绿色天然高分子大豆蛋白和海藻酸钠为原料，采用双交联技术，制备了大豆蛋白基复合凝胶球。采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、Zeta电位分析、傅立叶变换红外光普（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）表征了大豆蛋白基复合凝胶球组成和微观结构，并进一步研究了其对亚甲基蓝染料吸附性能。结果表明：大豆蛋白基复合凝胶球为多孔纳米结构，凝胶球表面Zeta电位随溶液环境pH值升高降低，弱碱性环境（pH=8）有利于吸附带正电荷亚甲基蓝染料分子。大豆蛋白基复合凝胶球对亚甲基蓝具有优良的吸附能力，最大脱除效率可达91%，吸附行为符合准二级动力学模型和langmuir等温吸附模型。Langmuir吸附模型计算出的最大吸附容量可达596 mg/g。大豆蛋白基复合凝胶球表现出良好的再生循环使用性能。     

抗冻大豆蛋白基凝胶电解质的制备及应用

以大豆蛋白(SPI)、丙烯酰胺(AAm)和ZnCl₂为原料，热引发聚合制备了一种具备抗冻特性的大豆蛋白基凝胶电解质材料，探究了温度对材料离子电导率和力学性能的影响，并分析了其作用机制。研究结果表明：该凝胶电解质具有优异的抗冻性能，其中ZnCl₂的引入形成了大量Zn²⁺的溶剂化结构，破坏了水分子间的氢键，降低了凝胶电解质的凝固点；凝胶基体和盐离子的协同作用赋予了凝胶电解质高压缩回弹性和耐疲劳强度。对凝胶电解质的低温离子电导率分析表明：ZnCl₂≥5 mol/kg,凝胶电解质在-30℃的低温下离子电导率仍有3.65×10^-3 S/cm。对凝胶电解质的低温力学性能分析发现：凝胶电解质在-30℃下经历应变为80%的100次压缩循环后仍能保持结构完整，应力保持率>85%,塑性变形率为15%。同时，利用凝胶电解质组装的电化学电容器表现出良好的耐低温性能，电流密度5 A/g下，器件在-30℃下仍能够正常工作，其电容保持率达83.2%,在-30℃下经历10 000次循环充放电电容保持率达...     

木质素磺酸钠双网络水凝胶的制备及其性能研究

以木质素磺酸钠(SL)、海藻酸钠(SA)和丙烯酸(AA)为前驱体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,通过简单的溶液共混方法制备了一种木质素磺酸钠水凝胶,进一步离子交联后制备双网络水凝胶(LSTH),同时制备不添加SA的单网络水凝胶(LH)及丙烯酸水凝胶(AAH),并测试了水凝胶的表面官能团、热稳定性、表面形貌、溶胀性能、力学性能及应变传感性能。研究结果表明：当SL用量为0.2 g、SA用量为0.1 g、交联剂用量为0.02 g时,LSTH的平衡溶胀率最高,达到55.31 g/g; SL的加入有利于水凝胶热稳定性的提高和力学强度的增强,当SL用量为0.2 g、SA用量为0.1 g、交联剂用量为0.05 g时,LSTH的抗压缩强度达到了835.53 kPa,相比LH增加了200 kPa以上;在80%的高压缩形变下进行90次快速循环压缩,LSTH依然能够维持稳定的结构、良好的抗压强度和可恢复性。应变传感性能测试表明：在50%循环压缩条件下,LSTH的电阻变化率维持在260%～300%之间;随着手指弯曲角度由0°增加到135°,LSTH的电阻变化率由0增...     

丙烯酸/丙烯酰胺共聚吸水树脂竞聚率及吸液性能

采用溶液聚合方法,以丙烯酸(AA)与丙烯酰胺(AM)为单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂,过硫酸钾(KPS)为引发剂合成了高吸水性二元树脂——聚丙烯酸-丙烯酰胺(PAAAM),并进行了吸液性能研究.结果表明,该树脂吸水倍率达2 451 g/g,吸生理盐水倍率达119 g/g.考察了n(AM)∶n(AA)摩尔配比对PAAAM的吸蒸馏水、0.9%NaCl溶液中的吸液性能,得到不能仅靠改变单体的摩尔比来改善PAAAM的吸液性能,合成PAAAM的相对较佳反应条件有赖于更具体细致的试验设计才能得以确定.反复吸水次数越多,PAAAM的吸液倍率不断下降.通过元素分析法测定了AM/AA共聚吸水树脂的竞聚率,AM和AA两单体的竞聚率分别为0.943、0.791.     

芦苇半纤维素基水凝胶的制备及对重金属离子的高效吸附

以芦苇半纤维素为基材,丙烯酸(AA)为单体,N,N,N',N'-四亚甲基乙二胺(MBA)为交联剂,通过自由基聚合法制备出水凝胶材料,采用FT-IR对其结构进行表征,并考察了AA和+MBA用量、pH值、吸附时间和金属离子初始质量浓度对水凝胶吸附Pd2、Cd2+和Zn2+性能的影响,同时探讨了水凝胶对金属离子的吸附动力学和吸附机制。结果表明,AA用量、MBA用量和pH值对水凝胶的吸附性能均有较大影响,水凝胶对金属离子的吸附量随着pH值的增加而增大,1.0 g半纤维素中添加0.1 g MBA,9 g AA制得的水凝胶可在60 min内达到吸附平衡,金属离子溶液初始质量浓度为200 mg/L,Pb2+溶液pH值5.5,Cd2+、Zn2+溶液pH值6.5时,对Pd2+、Cd2+和Zn2+的最大吸附量可达699、521和265 mg/g。水凝胶吸附金属离子过程属于离子交换机制,吸附行为符合动力学准二级模型和Langmuir方程,该水凝胶经过吸附-解吸8次循环后,对金属离子仍有较高的吸附效率,Pd2+、Cd2+和Zn2+的吸附量仍达616、479和243 mg/g,回收率分别为96.7%、97.1%和97.6%。     

羧甲基纤维素改性高吸水树脂合成及性能研究

为了解决现有高吸水树脂(SAP)产品耐盐能力低、生物降解性差的缺点,利用反相悬浮聚合法,将羧甲基纤维素(CMC)与丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(MAETAC)接枝共聚,创新合成了分子中同时含有阳离子和非离子亲水基团的CMC改性高吸水树脂(ICAM).对合成反应的影响因素进行了探讨和研究,得出的反相悬浮聚合法制备ICAM树脂的优化工艺条件为油水比2∶1,分散剂采用Span 60与Tween 80复配,二者质量比为3∶1,总用量为水相质量的5%,CMC加入量为单体的5%,单体水溶液体系pH值为4,引发剂(NaHSO3、(NH4)2S2O8)用量为单体的2.5%,交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)用量为单体的0.5%,反应温度为65℃,反应时间2 h.该条件下得到的树脂产品吸蒸馏水倍率为657g/g、吸0.9%NaCl溶液为116g/g.     

松香基季铵盐型杂双子表面活性剂的合成及性能研究

以脱氢枞酸为原料,经酰胺化、还原、季铵化反应制备了N,N,N',N'-四甲基-N-去氢枞基-N'-十二烷基-二溴化-1,3-丙二铵(V3)、N,N,N',N'-四甲基-N-去氢枞基-N'-十二烷基-二溴化-1,4-丁二铵(V4)、N,N,N',N'-四甲基-N-去氢枞基-N'-十二烷基-二溴化-1,5-戊二铵(V5)及N,N,N',N'-四甲基-N-去氢枞基-N'-十二烷基-二溴化-1,6-己二铵(V6)等4种松香基季铵盐型杂双子表面活性剂。通过FT-IR及1H NMR表征了产物的结构,并对该系列表面活性剂的表面张力(γcmc)和临界胶束浓度(Ccmc)、Krafft点、乳化性能、泡沫性能等表面活性以及抑菌性能进行了研究。研究结果表明,该系列表面活性剂具有良好的表面性能及抑菌性能;Ccmc分别为3.32×10-5、2.86×10-5、2.54×10-5、2.28×10-5mol/L;γcmc值分别为24.7、26.5、28.9、32.3 m N/m;Krafft点分别为12、17、20、23℃;松节油/水乳化体系中分出10 m L水的时间分别为42、45、53、48 h;初始起泡高度分别为137、128、131、135 mm,5 min后泡沫高度分别为125、121、127、131 mm;对大肠杆菌的最小抑菌浓度为4、2、2和2 mg/L,抑菌性均优越于市售抑菌剂新洁尔灭(64 mg/L)。     

柠条锦鸡儿废弃物基复合吸水材料的制备及性能

以废弃柠条锦鸡儿枝条粉和籽粕粉为基体材料,丙烯酸为单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,过硫酸钠为引发剂,采用水溶液聚合法制备了废弃柠条锦鸡儿基复合吸水材料,并对制备的吸水材料进行了FTIR和SEM表征,考察了盐水、温度、pH对其吸水性能的影响。结果表明钠盐型复合吸水材料在纯水中具有比钾盐型复合吸水材料更高的吸水倍率,在pH7～9之间能维持较好的吸水效果。在实验条件下,随着温度的升高,吸水倍率呈上升趋势,有利于其在不同环境中的推广应用。     

化香果单宁/聚N,N-二甲基丙烯酰胺水凝胶的制备及细胞黏附性能

聚N,N-二甲基丙烯酰胺(PDMAA)水凝胶的孔结构过于致密且不可降解,限制了其在组织工程领域的应用。为解决这些问题,笔者利用半互穿聚合物网络(semi-IPN)技术,在PDMAA网络中加入化香果单宁(TA),设计并合成了一系列新型的TA/PDMAA semi-IPN水凝胶,将"细胞黏附及可降解特性"引入水凝胶体系中。结果表明:加入1 m L TA溶液(质量分数为3%)明显改善了凝胶的孔结构,TA/PDMAA semi-IPN水凝胶表现出连续均匀的多孔结构,孔径分布为37.7~87.1μm。在磷酸盐缓冲液(PBS)中,TA/PDMAA semi-IPN水凝胶可以降解,交联剂的含量可以调控降解速率。胞外毒性分析结果证明了TA/PDMAA semi-IPN水凝胶对COS-7细胞及CHO细胞完全无毒,细胞成活率均高于90%。引入TA显著改善了细胞黏附情况,COS-7细胞及CHO细胞可在TA/PDMAA semi-IPN水凝胶表面较好生长。TA/PDMAA semi-IPN水凝胶表现出较好的生物相容性,具有在组织工程领域应用的潜力。     

木质素离子印迹聚合物的制备及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

以Cr(Ⅵ)为模板离子,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,将木质素磺酸钠与功能单体丙烯酰胺(AM)接枝共聚制备木质素离子印迹聚合物(L-IIP),通过单因素试验和正交试验优化了L-IIP的制备条件,利用FT-IR、SEM-EDS和孔径分析对L-IIP的结构进行了表征,采用准一级动力学方程、准二级动力学方程、Langmu...     

纤维素纳米纤维水凝胶的构筑与吸附性能研究

现代化工农业生产和食品加工过程中产生的大量废水,给生态环境带来了严重负面影响。废水色度是水质污染的一个重要指标,因此寻求有色废水的高效处理技术是目前的研究热点之一。笔者试图构建环境友好型纤维基纳米材料吸附剂,并就其结构、吸附机制与性能以及实际应用的安全性进行分析与评价。基于静电纺丝-原位水解-水溶液聚合简易多步法,以纳米纤维中纤维素分子为反应对象、过硫酸铵(APS)为反应引发剂、丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为反应单体、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为反应交联剂,成功研制了具有三维网络多孔结构的互穿纤维素纳米纤维水凝胶(CNF-HGs)。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)进行表征及亚甲基蓝(MB)溶液吸附性能测试与吸附动力学研究,从CNF-HGs的微观形貌、分子结构以及热稳定性能方面揭示了其良好的吸附能力与作用机理。细胞毒性试验进一步验证了其良好的细胞相容性和低毒性,有助于降低水处理中二次污染的可能性。研究结果可为纤维基生物吸附剂在有色污水吸附乃至其他废水处理与防治的应用中提供理论依据。     

木质纤维吸油气凝胶的制备及性能

大豆秸秆粉末经乙二胺(EDA)润胀消晶后溶解在LiCl/DMSO中,与甲基丙烯酸甲酯(MMA)及丙烯酸丁酯(BA)在交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和引发剂偶氮二异丁氰(AIBN)作用下反应,制得具有半互穿聚合网络木质纤维疏水吸油气凝胶,并利用FT-IR、SEM、流变仪和光学接触角等手段表征凝胶相关性能。研究发现:制得的气凝胶同时含有单体聚合交联网络和木质纤维链段,有明显的多孔三维网络结构,且具有良好的疏水吸油性能。可通过调节木质纤维与单体比例调控凝胶网络结构和疏水吸油性能。当木质纤维与单体比例为1∶4时,气凝胶结构最为疏松,孔隙增大,吸油性能最佳,其吸油量可达10.61 g/g(二甲苯)和7.41 g/g(食用油)。     

纳米纤维素/聚丙烯酸⁃聚丙烯酰胺双网络导电水凝胶的合成与表征

将AA(丙烯酸)和AM(丙烯酰胺)单体通过自由基聚合及物理交联构建PAAAM(聚丙烯酸-聚丙烯酰胺)水凝胶的基本骨架,再将TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基)纳米纤维素-石墨烯(TOCN-GN)纳米导电复合物作为纳米增强相均匀分散到水凝胶基体中,通过Fe~(3+)物理交联水凝胶中的羧基形成离子配位键,建立更加紧密的交联网络,合成双重物理交联TOCN-GN/PAAAM复合水凝胶。TOCNs起到了纳米增强和协助分散GN的双重作用,而GN在提高力学性能的同时,也赋予水凝胶优异的导电性能。通过对复合水凝胶的化学结构、微观形貌、力学强度和导电性能等分析发现:当TOCNs的质量分数为2.0%,GN的质量分数为0.7%,Fe~(3+)浓度为0.10 mol/L时,导电水凝胶的综合性能最佳,如良好的抗压强度(2.15 MPa)、可拉伸性(当断裂伸长率为568.4%时,拉伸应力到达132.0 kPa)、优异的自恢复性能和抗疲劳能力(60 min内恢复效率高达92.1%)。由于GN和Fe~(3+)的存在,TOCNs可协助GN形成良好的导电通路,电导率可达2.49 S/m。此类复合导电水凝胶有望在可穿戴传感设备领域得以应用。     

淀粉三元接枝复合型高吸水性树脂的合成及性能研究

本研究首次用亚硫酸氢钠和过硫酸铵组成的氧化还原引发剂，N，N－亚甲基二丙烯酰胺为交联剂，使淀粉三元接枝丙烯酸和丙烯酰胺在含有粘土的悬浮液中反应，制得淀粉复合型高吸水性树脂，性能测定发现，该树脂在5min内已吸水超过1000g/g，并且树脂的吸水能力随温度的升高而下降缓慢，该树脂在室温下可吸去离子水1800多倍且具有较好的凝胶强度。中也讨论了淀粉形态，粘土种类，粘土用量和交联剂用量对吸水性树脂性能的影响。     

半乳甘露聚糖-聚(N-异丙基丙烯酰胺)复合水凝胶的制备与性能

半乳甘露聚糖主要来源于瓜尔豆等特色林产资源,因其潜在的应用前景而受到广泛关注。为了提高半乳甘露聚糖的温敏性能,拓展其应用范围,采用N-异丙基丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、过硫酸铵、四甲基乙二胺、蒙脱土等为原料,合成了具有温度响应性的半乳甘露聚糖-聚(N-异丙基丙烯酰胺)复合水凝胶,并通过傅里叶红外光谱仪、X射线衍射、差示扫描量热法、热失重分析、万能试验机等对水凝胶的结构与性能进行表征。结果表明:制备的温敏水凝胶,具有快速弯曲的温度响应性;随着交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯从N-异丙基丙烯酰胺单体用量的0%增加至2%,水凝胶的平衡溶胀率降低,且聚乙二醇二丙烯酸酯的引入增强了水凝胶的热稳定性,但其对水凝胶的结晶结构没有显著影响;随着半乳甘露聚糖的质量分数从0%增加至1%,水凝胶的压缩强度增加,最高为51 kPa。且用质量分数1%的四硼酸钠溶液处理后,样品压缩强度增强一倍以上,半乳甘露聚糖质量分数为1%的样品增强至107 kPa。半乳甘露聚糖-聚(N-异丙基丙烯酰胺)复合水凝胶,绿色无污染,环保可降解,力学强度高,对温度响应速度快,实现了对植物资源高值化利用的同时也探索了其在温敏智能材料的应用潜力。     

一锅法合成野豌豆淀粉基高吸水树脂

为有效利用野生淀粉资源,利用过硫酸铵(APS)引发丙烯酸(AA)和野豌豆淀粉的接枝聚合反应,采用静态一锅法制备了凝胶型淀粉基高吸水性树脂(VS-SAP)。研究了不同反应条件对产物吸水性能的影响,并探讨了起泡剂用量和加入时间对产物平衡和实时吸水性能的影响,结果表明:较佳制备条件为淀粉0.3 g,纯水24 mL,NaOH 0.80 g,APS 30 mg,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)6 mg,AA 3.6 mL,在65℃反应30 min后添加NaHCO_3 0.5 g/g(以淀粉质量计),继续反应4.5 h,在此条件下合成的VS-SAP得率为95.7%,其对纯水、自来水、生理盐水和人工尿液的吸液率分别为2 589、604、101和104 g/g,浸泡1 h吸自来水可达257 g/g。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)结果显示丙烯酸成功地接枝到淀粉分子链上;碘显色试验结果显示产物仍然保留了淀粉的部分分子链结构;热重和扫描电镜结果显示起泡剂NaHCO_3的加入使产物热稳定性提高,形貌更加疏松、粗糙。     

微波法合成羧甲基纤维素-丙烯酸高吸水性树脂的研究

对微波法合成羧甲基纤维素-丙烯酸高吸水性树脂的工艺条件进行了研究,主要考察了微波火力、反应时间、加料次序、原料配比、丙烯酸中和度、交联剂用量、引发剂用量等因素对产品吸水能力的影响,得到较好的工艺条件为:羧甲基纤维素(CMC)2g,丙烯酸18g,去离子水50mL,NaOH6.0g,K2S2 O8 0.7g,1g/L的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺溶液4mL,微波低火加热2.5min,真空干燥温度60℃,树脂的吸去离子水倍率为738g/g.还测定了树脂对自来水、模拟尿、模拟血和生理盐水的吸液倍率,研究了产品的吸水速率、保水能力和再生性.     

高岭土/木质素磺酸钠-g-AA-AM复合高吸水树脂的制备

以木质素磺酸钠(LS-Na)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)为原料,高岭土(Kaolin)为无机添加剂,过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂,通过溶液聚合制备高岭土/木质素磺酸钠-g-AA-AM复合高吸水树脂(LPAAM)。选用正交试验设计方法,以蒸馏水和0.9%NaCl溶液中的平衡吸液倍率为评价参数得到了较优配方:m(AM):m(AA)=1:1,m(KPS)=1.0%,m(NMBA)=0.1%,pH=3。将上述配方制备的LPAAM以不同浓度NaOH于90℃皂化2h,得到皂化后的LPAAM,该树脂在蒸馏水和0.9%NaCl溶液中的平衡吸液倍率分别为1003及89g·g-1。     

离子液体中通过ATRP法制备大豆蛋白胶黏剂北大核心

为提高大豆蛋白胶黏剂的胶合强度,在离子液体(1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯盐[BDMIM][Cl])中,采用原子转移自由基聚合(ATRP)法将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到大豆蛋白分子主链,制备大豆蛋白胶黏剂。对原料大豆蛋白进行预处理,采用红外光谱和核磁氢谱对大豆蛋白结构和大豆蛋白接枝共聚物进行表征,并通过正交试验确定优化工艺条件。结果表明:改性胶黏剂的优化工艺参数为GMA 140 mL,CuBr(溴化亚铜)147.2 mg,油浴时间3 h,在此条件下制备的胶黏剂胶合强度达到1.44 MPa,符合国家标准GB/T 9846—2015Ⅱ类胶合板要求。