新型半纤维素基磁性水凝胶的制备及性能

李亚婧 孙晓锋 叶青 刘柏辰 吴耀国

引用本文: 李亚婧, 孙晓锋, 叶青, 刘柏辰, 吴耀国. 新型半纤维素基磁性水凝胶的制备及性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(1): 111-120. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310313 shu
Citation:  LI Ya-Jing, SUN Xiao-Feng, YE Qing, LIU Bai-Chen, WU Yao-Guo. Preparation and Properties of a Novel Hemicellulose-Based Magnetic Hydrogel[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(1): 111-120. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310313 shu

新型半纤维素基磁性水凝胶的制备及性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(20707016),陕西省青年科技新星项目(2012KJXX-10) (20707016),陕西省青年科技新星项目(2012KJXX-10)

    西北工业大学研究生种子基金(Z2013154)资助 (Z2013154)

摘要:

采用H2O2-Vc氧化还原体系引发半纤维素衍生物,以表面修饰的Fe3O4粒子作为磁性组分,利用接枝共聚方法制备了新型半纤维素基磁性水凝胶. 分别用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对水凝胶的结构及形貌进行了表征,利用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)对水凝胶的晶型结构及磁性能进行了分析,发现Fe3O4粒子均匀分散在凝胶网络中,半纤维素基磁性水凝胶表现出良好的顺磁性. 考察了丙烯酸/半纤维素比例、Fe3O4粒子含量及交联剂用量对水凝胶溶胀性能的影响,并探讨了该水凝胶的溶胀机理,它在pH 8 缓冲溶液中的溶胀较好符合Fickian 和Schott 动力学模型. 通过SEM和溶胀性能分析表明,随着pH值的升高水凝胶的孔径增大,水凝胶的溶胀率逐渐增大. 制备的水凝胶被用于溶菌酶吸附研究,结果表明磁性凝胶的吸附量大于非磁性水凝胶,水凝胶的吸附行为符合Freundlich 和Temkin 等温模型.

English

    1. [1]

      (1) Suzuki, D.; Yamakawa, S. Langmuir 2012, 28 (29), 10629.

      (1) Suzuki, D.; Yamakawa, S. Langmuir 2012, 28 (29), 10629.

    2. [2]

      (2) Shang, J.; Shao, Z.; Chen, X. Biomacromolecules 2008, 9 (4),1208.(2) Shang, J.; Shao, Z.; Chen, X. Biomacromolecules 2008, 9 (4),1208.

    3. [3]

      (3) Xiang, M.; He, C. C.;Wang, H. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011,27 (5), 1267. [相梅, 贺昌城, 汪辉亮. 物理化学学报, 2011,27 (5), 1267.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110429(3) Xiang, M.; He, C. C.;Wang, H. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011,27 (5), 1267. [相梅, 贺昌城, 汪辉亮. 物理化学学报, 2011,27 (5), 1267.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110429

    4. [4]

      (4) Jin, S. P.; Liu, M. Z.; Chen, S. L.; Bian, F. L.; Chen, Y.;Wang,B.; Zhan, F. L.; Liu, S. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2007, 23 (3),438. [金淑萍, 柳明珠, 陈世兰, 卞凤玲, 陈勇, 王斌, 詹发禄, 刘守信. 物理化学学报, 2007, 23 (3), 438.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20070330(4) Jin, S. P.; Liu, M. Z.; Chen, S. L.; Bian, F. L.; Chen, Y.;Wang,B.; Zhan, F. L.; Liu, S. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2007, 23 (3),438. [金淑萍, 柳明珠, 陈世兰, 卞凤玲, 陈勇, 王斌, 詹发禄, 刘守信. 物理化学学报, 2007, 23 (3), 438.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20070330

    5. [5]

      (5) Cho, E. C.; Kim, J.W.; Fernandez-Nieves, A.;Weitz, D. A.Nano Letters 2007, 8 (1), 168.(5) Cho, E. C.; Kim, J.W.; Fernandez-Nieves, A.;Weitz, D. A.Nano Letters 2007, 8 (1), 168.

    6. [6]

      (6) Ozay, O.; Ekici, S.; Baran, Y.; Kubilay, S.; Aktas, N.; Sahiner,N. Desalination 2010, 260 (1-3), 57.(6) Ozay, O.; Ekici, S.; Baran, Y.; Kubilay, S.; Aktas, N.; Sahiner,N. Desalination 2010, 260 (1-3), 57.

    7. [7]

      (7) Zhai, D.; Liu, B.; Shi, Y.; Pan, L.;Wang, Y.; Li,W.; Zhang, R.;Yu, G. ACS Nano 2013, 7 (4), 3540.(7) Zhai, D.; Liu, B.; Shi, Y.; Pan, L.;Wang, Y.; Li,W.; Zhang, R.;Yu, G. ACS Nano 2013, 7 (4), 3540.

    8. [8]

      (8) Ramanujan, R. V.; Lao, L. L. Smart Materials and Structures2006, 15 (4), 952. doi: 10.1088/0964-1726/15/4/008(8) Ramanujan, R. V.; Lao, L. L. Smart Materials and Structures2006, 15 (4), 952. doi: 10.1088/0964-1726/15/4/008

    9. [9]

      (9) Yang, J. Y.; Zhou, X. S.; Fang, J. Carbohydrate Polymers 2011,86 (3), 1113. doi: 10.1016/j.carbpol.2011.05.043(9) Yang, J. Y.; Zhou, X. S.; Fang, J. Carbohydrate Polymers 2011,86 (3), 1113. doi: 10.1016/j.carbpol.2011.05.043

    10. [10]

      (10) Kim, J. K.; Kim, K. I.; Basavaraja, C.; Rabai, G.; Huh, D. S.J. Phys. Chem. B 2013, 117 (20), 6294.(10) Kim, J. K.; Kim, K. I.; Basavaraja, C.; Rabai, G.; Huh, D. S.J. Phys. Chem. B 2013, 117 (20), 6294.

    11. [11]

      (11) Peng, C. L.; Shih, Y. H.; Liang, K. S.; Chiang, P. F.; Yeh, C. H.;Tang, I. C.; Yao, C. J.; Lee, S. Y.; Luo, T. Y.; Shieh, M. J. Mol. Pharmaceutics 2013, 10 (5), 1854. doi: 10.1021/mp3006424(11) Peng, C. L.; Shih, Y. H.; Liang, K. S.; Chiang, P. F.; Yeh, C. H.;Tang, I. C.; Yao, C. J.; Lee, S. Y.; Luo, T. Y.; Shieh, M. J. Mol. Pharmaceutics 2013, 10 (5), 1854. doi: 10.1021/mp3006424

    12. [12]

      (12) Sivakumaran, D.; Maitland, D.; Hoare, T. Biomacromolecules2011, 12 (11), 4112. doi: 10.1021/bm201170h(12) Sivakumaran, D.; Maitland, D.; Hoare, T. Biomacromolecules2011, 12 (11), 4112. doi: 10.1021/bm201170h

    13. [13]

      (13) Ding, Z.; Salim, A.; Ziaie, B. Anal. Chem. 2010, 82 (8), 3377.doi: 10.1021/ac100579v(13) Ding, Z.; Salim, A.; Ziaie, B. Anal. Chem. 2010, 82 (8), 3377.doi: 10.1021/ac100579v

    14. [14]

      (14) Pronyk, C.; Mazza, G. Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49 (14),6367. doi: 10.1021/ie1003625(14) Pronyk, C.; Mazza, G. Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49 (14),6367. doi: 10.1021/ie1003625

    15. [15]

      (15) Lindblad, M. S.; Albertsson, A. C.; Ranucci, E.; Laus, M.;Giani, E. Biomacromolecules 2005, 6 (2), 684. doi: 10.1021/bm049515z(15) Lindblad, M. S.; Albertsson, A. C.; Ranucci, E.; Laus, M.;Giani, E. Biomacromolecules 2005, 6 (2), 684. doi: 10.1021/bm049515z

    16. [16]

      (16) Sun, X. F.;Wang, H. H.; Jing, Z. X.; Mohanathas, R. Carbohyd. Polym. 2013, 92 (2), 1357. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.10.032(16) Sun, X. F.;Wang, H. H.; Jing, Z. X.; Mohanathas, R. Carbohyd. Polym. 2013, 92 (2), 1357. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.10.032

    17. [17]

      (17) Park, J. H.; Bae, Y. H. Biomaterials 2002, 23 (8), 1797. doi: 10.1016/S0142-9612(01)00306-4(17) Park, J. H.; Bae, Y. H. Biomaterials 2002, 23 (8), 1797. doi: 10.1016/S0142-9612(01)00306-4

    18. [18]

      (18) Zhang, J. H. Journal of Henan Normal University (Natural Science) 2004, 32 (3), 57. [张建合. 河南师范大学学报(自然科学版) 2004, 32 (3), 57.](18) Zhang, J. H. Journal of Henan Normal University (Natural Science) 2004, 32 (3), 57. [张建合. 河南师范大学学报(自然科学版) 2004, 32 (3), 57.]

    19. [19]

      (19) Liu, T. Y.; Hu, S. H.; Liu, K. H.; Liu, D. M.; Chen, C. Y. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2006, 304 (1), 397.(19) Liu, T. Y.; Hu, S. H.; Liu, K. H.; Liu, D. M.; Chen, C. Y. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2006, 304 (1), 397.

    20. [20]

      (20) Li, X. M.; Zhang, J. H.; Cui, Y. D.; Liao, L.W.; Jia, Z. Y.; Yin,G. Q.; Guo, P. Journal of Xinyang Normal University (Natural Science) 2007, 20 (2), 174. [黎新明, 张建合, 崔英德, 廖列文, 贾振宇, 尹国强, 郭鹏. 信阳师范学院学报(自然科学版)2007, 20 (2), 174.](20) Li, X. M.; Zhang, J. H.; Cui, Y. D.; Liao, L.W.; Jia, Z. Y.; Yin,G. Q.; Guo, P. Journal of Xinyang Normal University (Natural Science) 2007, 20 (2), 174. [黎新明, 张建合, 崔英德, 廖列文, 贾振宇, 尹国强, 郭鹏. 信阳师范学院学报(自然科学版)2007, 20 (2), 174.]

    21. [21]

      (21) Sun, X. F.; Sun, R.; Fowler, P.; Baird, M. S. J. Agr. Food Chem.2005, 53 (4), 860. doi: 10.1021/jf040456q(21) Sun, X. F.; Sun, R.; Fowler, P.; Baird, M. S. J. Agr. Food Chem.2005, 53 (4), 860. doi: 10.1021/jf040456q

    22. [22]

      (22) Sun, X. F.; Sun, R.; Tomkinson, J.; Baird, M. S. Carbohyd. Polym. 2003, 53, 485.(22) Sun, X. F.; Sun, R.; Tomkinson, J.; Baird, M. S. Carbohyd. Polym. 2003, 53, 485.

    23. [23]

      (23) Ren, J. L.; Sun, R. C.; Liu, C. F.; Cao, Z. N.; Luo,W. Carbohyd. Polym. 2007, 70 (4), 406. doi: 10.1016/j.carbpol.2007.04.022(23) Ren, J. L.; Sun, R. C.; Liu, C. F.; Cao, Z. N.; Luo,W. Carbohyd. Polym. 2007, 70 (4), 406. doi: 10.1016/j.carbpol.2007.04.022

    24. [24]

      (24) Sun, R. C.; Fang, J. M.; Tomkinson, J. Carbohyd. Polym. 2001,44 (1), 29. doi: 10.1016/S0144-8617(00)00196-X(24) Sun, R. C.; Fang, J. M.; Tomkinson, J. Carbohyd. Polym. 2001,44 (1), 29. doi: 10.1016/S0144-8617(00)00196-X

    25. [25]

      (25) Xuan, S. H.;Wang, Y. X.; Yu, J. C. Chemistry of Materials2009, 21 (21), 5079. doi: 10.1021/cm901618m(25) Xuan, S. H.;Wang, Y. X.; Yu, J. C. Chemistry of Materials2009, 21 (21), 5079. doi: 10.1021/cm901618m

    26. [26]

      (26) Takami, S.; Sato, T.; Mousavand, T.; Ohara, S. Materials Letters2007, 61 (26), 4769. doi: 10.1016/j.matlet.2007.03.024(26) Takami, S.; Sato, T.; Mousavand, T.; Ohara, S. Materials Letters2007, 61 (26), 4769. doi: 10.1016/j.matlet.2007.03.024

    27. [27]

      (27) Sun, X. F.; Li, Y. J. Functional Modification and Preparation ofSuperparamagnetic Fe3O4. In Buiding Materials and Structural Engineering II, Proceedings of the International Conference,Beijing, May 25-26, 2013; Xu, B., Li H. Y., Eds.; AdvancedMaterials Research: Beijing, 2013.(27) Sun, X. F.; Li, Y. J. Functional Modification and Preparation ofSuperparamagnetic Fe3O4. In Buiding Materials and Structural Engineering II, Proceedings of the International Conference,Beijing, May 25-26, 2013; Xu, B., Li H. Y., Eds.; AdvancedMaterials Research: Beijing, 2013.

    28. [28]

      (28) Frickel, N.; Messing, R.; Gelbrich, T.; Schmidt, A. M. Langmuir2009, 26 (4), 2839.(28) Frickel, N.; Messing, R.; Gelbrich, T.; Schmidt, A. M. Langmuir2009, 26 (4), 2839.

    29. [29]

      (29) Perez de Vargas-Sansalvador, I. M.; Canfarotta, F.; Piletsky, S.A. Synthesis of Monodisperse Polymeric Nano- andMicroparticles and Their Application in Bioanalysis, InBioanalytical Reviews; Springer: Heidelberg, 2013; pp 1-24.doi: 10.1007/11663_2013_4(29) Perez de Vargas-Sansalvador, I. M.; Canfarotta, F.; Piletsky, S.A. Synthesis of Monodisperse Polymeric Nano- andMicroparticles and Their Application in Bioanalysis, InBioanalytical Reviews; Springer: Heidelberg, 2013; pp 1-24.doi: 10.1007/11663_2013_4

    30. [30]

      (30) Li, Y.; Leng, T.; Lin, H.; Deng, C.; Xu, X.; Yao, N.; Yang, P.;Zhang, X. J. Proteome. Res. 2007, 6 (11), 4498. doi: 10.1021/pr070167s(30) Li, Y.; Leng, T.; Lin, H.; Deng, C.; Xu, X.; Yao, N.; Yang, P.;Zhang, X. J. Proteome. Res. 2007, 6 (11), 4498. doi: 10.1021/pr070167s

    31. [31]

      (31) Wang, Z.;Wu, L.; Zhou, J.; Shen, B.; Jiang, Z. RSC Adv. 2013, 3 (10), 3309. doi: 10.1039/c2ra23404a(31) Wang, Z.;Wu, L.; Zhou, J.; Shen, B.; Jiang, Z. RSC Adv. 2013, 3 (10), 3309. doi: 10.1039/c2ra23404a

    32. [32]

      (32) Wang, Y. P.; Yuan, K.; Pei, X.W. Acta Poly. Sin. 2005, No. 4,584. [王云普, 袁昆, 裴小维. 高分子学报, 2005, No. 4,584.](32) Wang, Y. P.; Yuan, K.; Pei, X.W. Acta Poly. Sin. 2005, No. 4,584. [王云普, 袁昆, 裴小维. 高分子学报, 2005, No. 4,584.]

    33. [33]

      (33) Ye, Q.; Sun, X. F.; Jing, Z. X.;Wang, G. Z.; Li, Y. J. Modern Chemical Industry 2012, 32 (5), 62. [叶青, 孙晓锋, 景占鑫, 王广征, 李亚婧. 现代化工, 2012, 32 (5), 62.](33) Ye, Q.; Sun, X. F.; Jing, Z. X.;Wang, G. Z.; Li, Y. J. Modern Chemical Industry 2012, 32 (5), 62. [叶青, 孙晓锋, 景占鑫, 王广征, 李亚婧. 现代化工, 2012, 32 (5), 62.]

    34. [34]

      (34) Chen, Y. F.; Yi, M. Radiat. Phys. Chem. 2001, 61 (1), 65. doi: 10.1016/S0969-806X(00)00374-1(34) Chen, Y. F.; Yi, M. Radiat. Phys. Chem. 2001, 61 (1), 65. doi: 10.1016/S0969-806X(00)00374-1

    35. [35]

      (35) Dalaran, M.; Emik, S.; Guclu, G.; Iyim, T. B.; Ozgumus, S.Desalination 2011, 279 (1-3), 170. doi: 10.1016/j.desal.2011.06.004(35) Dalaran, M.; Emik, S.; Guclu, G.; Iyim, T. B.; Ozgumus, S.Desalination 2011, 279 (1-3), 170. doi: 10.1016/j.desal.2011.06.004

    36. [36]

      (36) Katime, I.; Novoa, R.; Zuluaga, F. Eur. Polym. J. 2001, 37 (7),1465. doi: 10.1016/S0014-3057(01)00004-0(36) Katime, I.; Novoa, R.; Zuluaga, F. Eur. Polym. J. 2001, 37 (7),1465. doi: 10.1016/S0014-3057(01)00004-0

    37. [37]

      (37) Quintana, J. R.; Valderruten, N. E.; Katime, I. Langmuir 1999,15 (14), 4728. doi: 10.1021/la980982+(37) Quintana, J. R.; Valderruten, N. E.; Katime, I. Langmuir 1999,15 (14), 4728. doi: 10.1021/la980982+

    38. [38]

      (38) Bayram lu, G.; Y?lmaz, M.; Ar?ca, M. Y. Biochem. Eng. J.2003, 13 (1), 35. doi: 10.1016/S1369-703X(02)00098-0(38) Bayram lu, G.; Y?lmaz, M.; Ar?ca, M. Y. Biochem. Eng. J.2003, 13 (1), 35. doi: 10.1016/S1369-703X(02)00098-0

    39. [39]

      (39) Vijayaraghavan, K.; Padmesh, T. V. N.; Palanivelu, K.; Velan,M. J. Hazard. Mater. 2006, 133 (1-3), 304. doi: 10.1016/j.jhazmat.2005.10.016(39) Vijayaraghavan, K.; Padmesh, T. V. N.; Palanivelu, K.; Velan,M. J. Hazard. Mater. 2006, 133 (1-3), 304. doi: 10.1016/j.jhazmat.2005.10.016

    40. [40]

      (40) Johnson, R. D.; Arnold, F. H. Biochimica et Biophysica Acta- Protein Structure and Molecular Enzymology 1995, 1247 (2),293. doi: 10.1016/0167-4838(95)00006-G

      (40) Johnson, R. D.; Arnold, F. H. Biochimica et Biophysica Acta- Protein Structure and Molecular Enzymology 1995, 1247 (2),293. doi: 10.1016/0167-4838(95)00006-G

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  570
  • 文章访问数:  1417
  • HTML全文浏览量:  20
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-01
  • 收稿日期:  2013-07-29
  • 网络出版日期:  2013-10-31
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章