基于木棉纤维三维网络水凝胶吸附材料的可控设计及构效关系研究

三维网络水凝胶是以烯类物质为单体，在引发剂和交联剂作用下，经过聚合、水解、交联等化学反应形成的三维网状聚合物。该类吸附材料对水体中污染物具有吸附速度快、吸附容量高、易分离、易再生等明显优势。目前三维网络水凝胶主要以石油基单体为原料，制备成本较高，且不易降解。为此，本项目拟以天然木棉纤维部分代替石油基单体，采用水溶液绿色聚合工艺，设计合成环境友好型三维网络水凝胶吸附材料。选择水体中不同性质的重金属离子（镍、铜、铅、铬），考察三维网络水凝胶对这些重金属离子的吸附性质。通过三维网络水凝胶的结构与吸附性能之间的关系，探讨这类水凝胶吸附材料对重金属离子的吸附机理。通过本研究最终为环境友好型吸附材料在重金属离子的高效去除和回收再利用方面奠定实验基础。

三维网络水凝胶是以烯类物质为单体，在引发剂和交联剂作用下，经过聚合、水解、交联等化学反应形成的三维网状聚合物。近年来，三维网络水凝胶因具有吸附速率快和吸附容量高等优点，在重金属污染治理方面成为研究热点。目前，三维网络水凝胶主要以石油基单体为原料，制备成本较高，且不易降解。本项目以天然木棉纤维部分代替石油基单体，采用水溶液绿色聚合工艺，设计合成了一系列环境友好型三维网络水凝胶吸附材料。选择水体中不同性质的重金属离子，考察了三维网络水凝胶对这些重金属离子的吸附性质。通过构效关系考察，探讨这了这类水凝胶吸附材料对重金属离子的吸附机理。同时，构筑了基于海藻酸钠、壳聚糖、羟丙基纤维素和明胶等天然高分子的粒状水凝胶吸附剂，用于水体中重金属离子的吸附去除。结果显示，经亚氯酸钠预处理的木棉纤维表面由疏水性转为亲水性，通过分子设计和单体选择分别接枝阴离子或阳离子型聚合物，从而实现对水体中不同类型重金属离子的选择吸附去除，如与聚苯胺结合后能够在Ni2+、Cu2+混合溶液中选择性吸附Cu2+，为进一步研究和研制具有高效选择吸附性能的水凝胶吸附剂提供了有益的借鉴。水凝胶本身的三维结构网络也可视为微纳反应器，原位合成以水凝胶作为支撑骨架的金属纳米粒子，这些在三维网络内部均匀分布的金属纳米粒子对水体中的有机污染物具有优异的催化还原能力。此外，结合木棉纤维本身的中空形态结构和优良的疏水亲油性能，也拓展进行了木棉纤维作为新型吸油材料方面的研究工作。通过对木棉纤维进行预处理、接枝和超疏水改性制备了不同类型的木棉纤维吸油材料。结果显示，木棉纤维基吸油材料对不同类型的油类如有机溶剂、石油、食用油等均具有优异的吸收能力（可达80 g/g），为进一步研究和研制木棉纤维基吸油材料奠定了基础。