化学工程与技术前沿进展

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1、郑州大学化工与能源学院化学工程与技术前沿进展课程论文题目：壳聚糖埃洛石纳米管复合材料制备及性能研究班级：2015级工艺一班姓名：张俊学号：201512232844老师：刘金盾日期：2015年11月17日壳聚糖/埃洛石纳米管复合材料制备及性能研究摘要：有机-无机复合材料同时具有机材料和无机材料的优异特性，近些年来在材料科学领域受到广泛的关注。有机-无机复合结构材料一般需要通过对两种以上组分、结构等进行复合制备而成，这类材料不仅具有有机聚合物的易于加工性和韧性，还具有无机材料的刚性和强度等性能。本文中采用天然高分子材料壳聚糖（CTS）和无机粘土矿物埃洛石纳米管【1】作为原料，通

2、过反相乳化交联法成功制备出了CTS/HNT复合材料，研究了该复合材料的酶固定化性能和吸附性能，并进一步考察了固定化酶【2】处理氯酚废水的性能。关键词：壳聚糖；埃洛石纳米管；复合材料；固定化酶；2,4-二氯酚；甲基橙引言：有机-无机复合材料是指将有机聚合物和无机物质结合在一起，从而得到的兼具有机聚合物和无机物共同特性的一类材料。该类复合材料不仅具有无机材料的光电性能、磁性能、催化性能和刚性，而且具有有机材料的韧性、易加工性和生物相容性等特殊性能。复合微球材料是这种新型复合材料中的一种，也受到了人们的广泛关注。有机-无机复合微球材料有着应用于生物、医药、化妆品、环境处理等众多领

3、域中的巨大潜力【2】。基于以上原因，有机-无机复合微球材料的制备也成为研究的热点之一。一般来说其制备方法有两类，两类方法具有共通之处，即对无机颗粒进行改性使之具有的亲水性转变为亲油性，或者利用无机的前驱体与带有功能基团的乳胶粒作用实现包覆。而在庞大的材料家族中，天然材料由于具有来源广泛、价廉易得、对环境无污染、生物相容性好、可再生等突出优点而得到广泛的研究。壳聚糖（Chitosan，CTS）及其衍生物便是一类极具代表性的天然高分子聚合物，CTS及其衍生物具有良好的成膜性、成纤性、通透性、吸附性和保湿性等性能，因此CTS及其衍生物在染料吸附、生物分子固定、废水处理等方面都有广

4、泛的应用。粘土矿物材料（包括埃洛石、高岭石、蒙脱石、累托石、羟磷灰石、海泡石等）则是天然无机材料中极具代表性的一类，这些粘土矿物粒度细小，大多数呈鳞片状或片状，少数的呈管状或纤维状【5】。埃洛石则是少数的管状粘土矿物之一，其具有的高比表面积、较大的孔径及内表面极性使其在吸附、储存、输运、催化等诸多方面均有着潜在的应用前景。本文的绪论部分则根据有机-无机复合材料的相关研究背景，如制备方法、应用领域、研究和发展方向等作了简单叙述总结，并且根据天然材料CTS和埃洛石纳米管（Halloysitenanotubes，HNTs）的研究概况，结合我们实验室近年来对HNTs及其改性产品的研

5、究，重点介绍了CTS微球的制备、CTS及HNTs的性质及在染料吸附和酶的固定化领域的应用【4】。在此基础上，进行创新改进，提出本论文中的研究思路，开展本课题的研究工作。1有机-无机复合微球的制备及应用研究概况1.1有机-无机复合微球的制备方法近些年来，有机-无机复合材料在材料领域一直备受关注。其中有机-无机复合微球材料由于独特的结构和应用价值成为人们最感兴趣的复合材料之一。物理法和化学法是最常用的有机-无机复合微球制备方法【5】。由于物理法通常是将两种不同的材料简单地混合在一起，因此这种方法制备的有机-无机复合微球材料总是存在包覆不均匀的问题；另外，无机物质和有机物质也可以

6、借助聚电解质通过电荷作用制备出有机-无机复合微球。化学法制备有机-无机复合微球材料相对简便省时，一般是以高分子微球的制备方法为基础的【15】。以下对几种有机-无机复合微球制备方法作了简单概述。1.1.1有机-无机复合微球材料的物理制备方法在上世纪90年代初，Furusawa已利用带有相反电荷的无机颗粒和有机聚合物通过电荷作用【7】制备了各种有机-无机复合微球材料，在制备有机聚合物SiO2复合物时，他们使用了聚苯乙烯微球（PS）和不同尺寸的SiO2微球，实验结果表明SiO2微球和PS微球的ζ电势随着pH值的变化而变化，且当pH值在4-6的范围时两者呈现相反值。在该pH值范围内

7、将PS微球和SiO2微球按照一定的比例混合，实验结果显示SiO2微球的粒径对复合微球的形成有较大的影响，当SiO2微球粒径较大时可以形成形貌较规整的复合微球【14】（，而当SiO2微球粒径较小时则会发生不规则凝聚，无法得到形态规整的微球材料。另外，他们还研究了聚合物-铝复合微球的制备，结果表明，实验中铝微球的浓度是影响复合微球形成的一个重要因素。在聚合物-磁性复合微球的制备中【30】，同样选择了PS微球作为有机聚合物，但是研究发现若PS粒径较小则会发生凝聚现象，只有当PS微球粒径大于500nm时，才能形成稳定的复合