氧化亚铜-单宁酸粒子基复合水凝胶制备及防污性能研究.pdf

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1、硕士学位论文氧化亚铜-单宁酸粒子基复合水凝胶制备及防污性能研究RESEARCHONPREPARATIONANDANTIBIOFOULINGPERFORMANCEOFNANOCOMPOSITEHYDROGELSBASEDONCUPROUSOXIDE–TANNICACIDSUBMICROPARTICLES黄晓迪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O647.5学校代码：10213国际图书分类号：544.7密级：公开理学硕士学位论文氧化亚铜-单宁酸粒子基复合水凝胶制备及防污性能研究硕士研究生：黄晓迪导师：林显坤副教授申

2、请学位：理学硕士学科：化学所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O647.5U.D.C:544.7DissertationfortheMasterDegreeinScienceRESEARCHONPREPARATIONANDANTIBIOFOULINGPERFORMANCEOFNANOCOMPOSITEHYDROGELSBASEDONCUPROUSOXIDE–TANNICACIDSUBMICROPARTICLESCandidate：XiaodiHua

3、ngSupervisor：AssociateProfessorXiankunLinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：ChemistryAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要海洋生物污损是指海洋污损生物在各种水下人工设施表面的

4、附着与聚集，会带来船舶航速降低、燃料消耗增加等危害。自从有机锡防污剂被全球禁用以来，人们一直在努力开发环保高效的防污涂层材料。高度亲水的水凝胶材料可以作为污损抑制涂层来直接阻止污损生物的粘附。研究人员已在水凝胶防污材料方面开展了一系列的探索和研究。然而，目前的水凝胶材料仍存在制备工艺复杂、机械性能较差、防污性能长期稳定性需要改善等一系列问题，制约了水凝胶材料的应用与发展。因此，同步改善水凝胶的机械性能和防污性能，进而实现长效防污已成为一个亟待研究的课题。针对这些问题，本论文旨在以简单且低成本的方式制备一种具有增强的机械

5、性能和协同防污性能（即杀生剂铜释放与污损抑制涂层相结合）的纳米复合水凝胶材料。将由单宁酸（Tannicacid，TA）辅助合成的Cu2O-TA球形纳米粒子通过冷冻-解冻过程掺入聚乙烯醇或聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶中，分别制备了纳米复合的聚乙烯醇水凝胶和聚乙烯醇/海藻酸钠双网络水凝胶（聚乙烯醇作为第一网络，海藻酸钠作为第二网络）。所选用的聚乙烯醇和海藻酸钠均为高分子亲水材料，为污损抑制涂层的主要成分。所选用的Cu2O-TA纳米粒子不仅可以在海水中释放Cu2+而起到杀生防污的作用，同时还可以增强水凝胶的机械性能。结构表征证明

6、所得纳米复合水凝胶具备三维网络结构。采用不同油滴进行的接触角与滚动角测试表明水凝胶具有良好且长期稳定的水下超疏油特性。掺杂Cu2O-TA纳米粒子和形成双网络结构均可明显增强水凝胶的压缩强度与弹性模量，并且聚乙烯醇纳米复合水凝胶还具有可修复性能，这有利于实现水凝胶的长期应用。此外，与简单掺杂Cu2O相比，基于Cu2O-TA粒子的掺杂可降低铜离子释放速率，实现长期缓释的效果，有利于在实现一定杀生防污作用的基础上最小化对自然环境的危害。由防污性能测试结果可知，所得纳米复合水凝胶可以显著抑制小球藻ChlorellaVulgar

7、is的粘附，而且水下超疏油表面和铜离子的释放均发挥了重要作用，即实现了化学杀生与污损抑制两种防污方法的协同。综上所述，基于Cu2O-TA粒子的纳米复合水凝胶具有稳定的水下超疏油特性、增强的机械性能、良好的可修复能力、较低的铜离子释放速率和良好的防污性能。该方法为利用水凝胶材料实现动态和静态条件下均耐久且高效的防污提供了新的思路。关键词：海洋防污；污损抑制涂层；纳米复合水凝胶；氧化亚铜；单宁酸-I-AbstractAbstractMarinebiofoulingreferstotheattachmentandaccumu

8、lationofmarineorganismsonvarioussurfacesoffacilitiesinseawaer.Marinebiofoulingcancausedifferentkindsofdetriments,suchasreducedshipspeedandincreasedfuelconsumption.Aft