壳聚糖/多壁碳纳米管复合材料的构筑与性能研究

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碳纳米管因具有良好的力学、电学和吸附等性能,而备受学者的关注;壳聚糖具有良好的生物相容性,可降解性和对金属离子鳌和性能,在生物、废水处理、食品工业等领域有广泛的应用。本文以壳聚糖修饰碳纳米管为基础,开展了以下工作:  (1)采用共价接枝法合成碳纳米管/壳聚糖复合材料,首先用邻苯二甲酸酐对壳聚糖进行氨基保护,所得产物与酰基化的多壁碳纳米管反应,然后氨基脱保护得到多壁碳纳米管/壳聚糖复合材料。改变反应物的投料比,分别制备出多壁碳纳米管与壳聚糖质量比为10∶1、5∶1、1∶1、1∶5、1∶10五种复合材料。  (2)通过红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射和扫描电镜分析,表明壳聚糖成功接枝在多壁碳纳米管表面。热重分析则为我们粗略的确定复合材料中多壁碳纳米管与壳聚糖的质量比。  (3)对多壁碳纳米管/壳聚糖复合材料在不同条件下吸附Cr2O72-进行了研究,并通过动力学模型和热力学模型对吸附机理进行了初步的探讨。结果表明,复合材料的吸附性能高于原始材料且为明显的pH敏感性吸附剂,在pH值为2时对Cr2O72-的吸附性能最佳,而pH值增大,则吸附效果急剧减弱。复合材料对Cr2O72-的吸附为化学吸附并且是单分子层吸附。  (4)对多壁碳纳米管/壳聚糖复合材料在不同条件下吸附橙黄G进行了研究,并通过动力学和热力学模型对吸附机理进行了初步探讨。结果表明,复合材料的最佳吸附条件为:t=30 min,T=293 K,pH=2,c0=250 mg/g。对橙黄G的吸附也是化学吸附和单分子层吸附。分子模拟表明吸附性能高于原材料,与吸附结果相符。  (5)对多壁碳纳米管/壳聚糖复合材料在不同条件下吸附牛血清白蛋白(BSA)进行了研究,并通过荧光和CD光谱对两者相互作用力进行了初步探讨。结果表明,在BSA等电点附近,复合材料对BSA的吸附性能最大且为化学吸附。荧光光谱和CD光谱分析表明,与羧基化多壁碳纳米管相比复合材料的生物相容性大大提高,对BSA的荧光猝灭属于静态猝灭,结合位点数近似于1,两者结合时,BSA的结构仅有微小变化。分子模拟显示了二者结合的方式,且作用力是氢键、范德华力、疏水作用力、静电作用力共同作用的结果。
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