论文化工分离领域中智能型高分子凝胶的应用是关于对写作高分子论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文高分子论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
摘 要：基于目前常用的智能型高分子凝胶,在简单介绍其特征与基本原理的基础上,对其在化工分离过程中的应用进行分析,为化工分离技术改进与发展提供理论依据.
关键词：智能型高分子凝胶；化工分离
如今,智能型材料在各生产领域都发挥出重要作用,不仅简化了生产与控制,提高生产技术水平和效率,而且还形成了独特的生产机制,为行业发展提供可靠的技术支撑.
1 PNIPAAM水凝胶及其应用
高分子凝胶向智能化方向发展是当前高分子材料研究重要课题.对凝胶而言,其膨胀度主要与其溶剂性质及网络结构息息相关.膨胀行为具体由以下因素决定：其一,混合自由能；其二,高分子链具有的弹性压力；其三,低分子离子具有的膨胀压力；其四,相互作用力.如果以上因素处于平衡状态,则膨胀行为也将趋于平衡.通常情况下,凝胶发生的体积变化主要和热力学性质有关.而在特殊情况下,如果溶液性质发生改变,则凝胶会出现较大程度的体积变化,也就是体积相变现象.从现有理论中可以看出,如果高分子链上的电荷数量较少,则凝胶在不同的归一化温度条件下有明显不同的体积.而当高分子链所带电荷数量明显增大时,以上特征将消失.凝胶具有的这种现象和由气态变至液态的相变类似[1].
以平均场理论为依据,判断凝胶是否发生上述体积相变现象,可采用以下判断依据：
（1）
上式中,为长径比；为离子基团数；当S>290时,凝胶才会发生体积相变.基于此,可发生体积相变现象的凝胶,其长径比应足够大,且离子基团数充足.对PNIPAAM水凝胶而言,其S可达800.
對于PNIPAAM水凝胶,它是一种具有温敏性特征的凝胶,主要是因为它能在32℃左右的条件下发生体积相变现象,并且这种体积相变是可逆的,同时这一温度即LCST.在体积相变过程中,其驱动力方面的解释目前主要为：在LCST环境下,因温度发生改变,使PNIPAAM水凝胶氢键原始作用力关系变化.当环境温度比LCST低时,分子链处在卷曲状态,比LCST高时,处在伸展状态.研究表明,如果选取疏水性相对较差的烷基,则LCST表现出明显的上升趋势,反之亦然,所以必须充分考虑疏水性作用力.这样一来,亲水性和疏水性之间的相互反转就为LCST转变提供了驱动力.之后的很多实验结果均证实,在温度发生变化时,不仅分子链在卷曲和伸展的状态中交替,而且亲水性和疏水性也有明显转变.这样的特征可在智能化设计过程中充分利用[2].
2 可再生萃取水凝胶及其应用
因凝胶本身具有相对固定的结构,可吸收细小的分子,排斥较大的分子,所以它能对高分子溶液实施提纯与浓缩.考虑到具有温敏性特征的凝胶会发生体积相变现象,且这种现象是可逆的,故可十分方便的实现再生,具有很高的经济性.在PEO分离过程中应用萃取凝胶后发现,实际分离效率和溶质分子质量及凝胶本身交联密度都有关,同时都呈正比关系,即溶质分子质量和凝胶本身交联密度越大,分离效率越高.当PEO溶质分子质量为400时,其分离效率仅为10%左右；当PEO溶质分子质量为18500时,其分离效率能提高到80%左右；而当PEO溶质分子质量为600000时,其分离效率可以达到96%以上.此外,对凝胶当中的交联网络而言,主要起到类似于过滤装置的作用.
3 可逆吸附与脱附水凝胶及其应用
对PVME水凝胶而言,其温敏性特征和PNIPAAM十分相似,其LCST在37℃-40℃范围内.对PVME具有的亲水性和疏水性可逆转变特性进行应用,能对蛋白质和表面活性剂进行分离,即完成吸附和脱附的过程.研究与相关实验结果都表明,仅6℃左右的温度差即可以使PVME对Triton X-100等的实际吸附量发生5倍左右的变化.
Hiroshi等采用经阴离子化处理的PNIPAAM对带电情况及分子量均不相同的多种蛋白质开展吸附力性能实验.结果表明,伴随凝胶当中硫酸右旋糖苷等的含量的明显增加,ADH等吸附性能不断下降,而Lysozyme吸附性能明显上升；此外,吸附性能还与蛋白质自身分子质量有关,分子质量越大,越不容易被吸附.这说明吸附性能受凝胶和蛋白质之间静电作用,以及凝胶自身交联密度和蛋白质分子间的相互关系等因素影响[3].
对蛋白质而言,其吸附行为还取决于表面亲水性.Haruma等借助沉淀聚合法成功合成出0.5μm左右粒径的凝胶球.在温度不断升高时,到达35℃后,该凝胶球对于HGG的实际吸附量出现较大变化,当温度为40℃时,其实际吸附量是25℃条件下的5倍.在40℃的条件下,以吸附量为依据对此凝胶球表面HGG铺展面积进行计算,结果为2000nm2/分子,该计算结果比自由状态下的HGG分子尺寸大,却与其亲水性表面相近,说明分子链具有的疏水性实际上是相对的,在疏水的同时也具有亲水性.
4 温敏性水泥胶膜及其应用
当环境温度发生变化时,对水凝胶膜而言,其网眼尺寸致密程度都会发生相应的变化,对此可将溶质尺寸上的差别作为依据实施分离.Feil等将BMA（质量分数为5%）和PNIPAAM进行合成,以此制成复合式水凝胶膜,并对其体积变化进行实验（温度变化范围为16℃-25℃）.当温度小于LCST时,随着温度的不断升高,以及溶质分子质量的增大,渗透速率明显减小.根据不同温度条件下的渗透速率表现出的差别,能对分子质量不同的混合物进行分离.从实验结果上看,这一分离过程满足以下理论：
（2）
上式中,表示水凝胶膜与溶液当中溶质实际扩散速率比值,它主要和水凝胶膜自身自由体积,即、水凝胶膜网眼尺寸,即、实际含水量,即H、溶质分子尺寸,即有关,其中,B是一个常数项.从式（2）中可以看出,由水凝胶膜发生的体积相变,会使水凝胶膜与溶液当中溶质实际扩散速率比值发生相应的变化,进而使溶质实际渗透速率改变.
5 温敏性接枝膜及其应用
对水凝胶膜而言,其机械强度往往较小,难以满足部分膜分离实际要求.对此,Iwata等借助等离子技术在PVDF表面接枝NIPAAM,将PVDF作为可靠的支撑.在此基础上进行水通量实验,结果表明：PNIPAAM并没有因为接枝而失去体积相变特征,温度的改变仍能使水凝胶膜具有的通透性发生明显变化,而影响膜的透过机理的主要因素在于接枝率.如果接枝率较低,则为压力渗透,当温度低于LCST时,分子链处于伸展状态,膜孔关闭,即便增大压力也很难提高透过性；当温度高于LCST时,分子链处于卷曲状态,膜孔打开,压力的变化对通透性有直接影响.如果接枝率较高,则为扩散渗透,当温度低于LCST时,将形成一个水合层,具有亲水性的溶质以扩散的形式从膜中透过；当温度高于LCST时,接枝层得以紧致,即便溶质具有亲水性,也很难以扩散形式从膜中透过[4].
6 结束语
综上所述,分析了几种常见智能型高分子凝胶在化工分离中的应用,目前智能型高分子凝胶实际应用仍处实验阶段,想要达到普及的程度,还需要进一步的分析研究和实践.
参考文献
[1]李达,杨超.电场响应智能凝胶仿生驱动器的制备[J].化工管理,2014（29）：177.
[2]赵海沨,孙瑞敏,赵辉.智能型高分子水凝胶合成的研究进展[J].广州化工,2014,42（17）：13-15.
[3]汪莉华,张亚男,林强,卢凌彬.智能型水凝胶研究现状及改性进展[J].天津化工,2015（06）：15-17+34.
[4]蒋志飞,张立武.原子转移自由基聚合在智能型水凝胶制备中的应用[J].高分子通报,2014（02）：63-67.
总结:本论文为免费优秀的关于高分子论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
参考文献：
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