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高内相乳液模板法制备有机硅聚苯乙烯多孔材料及应用

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摘要

多孔材料在人类认识,利用和改造大自然的过程中扮演着重要角色,其研究领域跨越数学、物理、化学、材料、能源、计算机等纵多学科,其应用涉及建筑、能源、医疗、工业催化、环境各个方面,是半个世纪以来研究最多、应用最广泛的材料之一。
　　 印染废水是最难处理的化工废水之一。这些含芳香族化合物的废水未经治理直接排放,不仅造成了严重的环境污染,危害人体健康,而且使昂贵的化工原料及中间体大量流失,影响着生产的可持续发展,成为当前我国亟待解决的重要资源环境问题。
　　 本论文通过高内相乳液模板法以苯乙烯/二乙烯基苯(St/DVB)、苯乙烯/二乙烯基苯/四乙烯基四甲基环四硅氧烷(St/DVB/D4vi)体系制备聚合物多孔材料,以硅藻土改性有机硅聚苯乙烯多孔材料,并将所制备的多孔材料用于印染废水吸附处理,净化水质的应用试验研究。
　　 研究结果表明:通过高内相乳液模板法以St/DVB体系制备的聚合物多孔材料,泡孔直径约10μm,毛孔直径约2μm,属于大孔材料范围。以St/DVB/D4vi体系也可制备典型的聚合物多孔材料,对聚合条件进行优选,发现可通过调节D4vi含量改变孔径大小,且D4vi含量为30％,孔径适宜;可通过加入交联剂的方式对孔径与强度进行调整;可通过控制反应温度来调节孔互穿程度与孔径分布,当温度=75℃,孔互穿程度与孔径适宜;当引发剂用量为2‰～3‰时,多孔材料宏观孔较少且整体结构较完整;文中通过调节D4vi含量与反应温度来调节孔径大小、分布或孔互穿程度,已成为有效控制聚合物多孔材料孔结构的新途径。用硅藻土改性有机硅聚苯乙烯多孔材料,改性后孔边缘变不规整,孔径大小分布较宽。文中St/D4vi体系未能成功得到聚合物多孔结构,尝试使用不同引发剂、提高原料St比例、提高反应温度和延长反应时间等方法仍难以达到目的,分析表明D4vi双键的低活性是导致多孔结构难以形成的主要原因。
　　 所制备的多孔材料对罗丹明B(RB)吸附实验结果表明:多孔材料孔径越小、分布越均匀,孔边缘越粗糙,短时间内对RB吸附效果越明显;孔径越大,长时间累积吸附效果越明显。对样D4vi-10吸附实验表明:当RB浓度一定时,随样D4vi-10用量增大,吸附率逐渐增大,在用量为0.25g时吸附达到平衡状态;当样D4vi-10用量一定时,随着RB初始浓度增大,吸附率逐渐增大。以上表明此多孔材料适用于不同的在印染废水处理环境,在吸附领域表现出良好应用前景。

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