磁性大粒径、多孔磁性复合微球制备、表征与脱硫菌固定化

摘要：磁性高分子微球是指通过适当的策略使聚合物与无机磁性颗粒结合起来形成的具有一定磁响应性及特定结构的微球。因其具有磁性可在外加磁场作用下方便迅速地分离,同时也可以通过共聚、表面改性等策略赋予其表面多种反应性功能性基团,因而受到广泛的关注。在固定化微生物、固定化酶、靶向药物、细胞分离等领域都有着广阔的运用前景。本论文采取分散聚合法,制备出了单分散性好、粒径分布窄、磁响应性强的聚(苯乙烯-二乙烯基苯-丙烯酸)磁性高分子微球。无机磁性颗粒的性质是影响磁性高分子微球磁响应性的主要因素。对于纳米Fe3O4的制备,采取了化学共沉淀法,通过聚乙二醇(PEG)和十二烷基磺酸钠(SDS)对其表面进行改性,采取透射电子显微镜(TEM)和X射线粉末衍射仪(XRD)测定了Fe3O4颗粒粒径为11 nm;通过红外光谱(IR)表征,Fe3O4颗粒表面包裹了聚乙二醇和十二烷基磺酸钠;振动样品磁强计(V)浅析指出了磁流体的饱和磁化强度为48.20 emu/g。采取分散聚合法制备了磁性高分子微球,聚合单体为苯乙烯(St),分散介质采取乙醇/水,稳定剂选用聚乙二醇(PEG)、引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)、交联剂为(DVB)、功能性单体为丙烯酸(MAA)。探讨了单体苯乙烯、磁流体、分散剂、反应温度、分散介质、稳定剂、引发剂、搅拌速度等因素对备磁性高分子微球的粒径和粒径分布的影响。通过光学显微镜、粉末衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重浅析仪(TG)、振动样品磁强计(V)等仪器对微球进行了表征,结果表明,所制备出的磁性高分子微球粒径介于350-450μm,呈很好的球形,单分散性也较好;复合微球具有多相结构,内部为纳米Fe3O4磁性颗粒,外壳为St-MAA共聚物,微球表面携带羧基;磁性复合微球几乎没有磁滞,呈现出超顺磁性,而微球内Fe3O4含量达到了17.07%(质量)。磁性多孔微球(MPM)的制备,以苯乙烯为单体,二乙烯基苯为交联剂,分散介质采取乙醇/水,稳定剂选用聚乙二醇(PEG)、引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)、致孔剂为甲苯和正庚烷。光学显微镜浅析表明所制MPM球形度高、表面粗糙、粒径均匀、单分散性好,平均粒径在400μm左右;压汞仪和孔径仪测定表明,MPM具有大的比表面积(11800 m2/m3)、大的孔度(67.60%)、大的孔容(2.40 mL/g)和窄的孔径分布,而且平均孔径介于细菌大小范围内,有利于微生物固定化;通过振动样品磁强计表征,磁性多孔微球的比饱和磁化强度为3.75 emu/g,可以用作磁性稳态流化床(MB)的填充载体。以MPM为载体,采取吸附法固载脱硫微生物,并用于磁性稳态流化床,进行微生物脱硫实验。通过扫描电镜等策略探讨了生物膜的形成历程,同时计算出了反应器中磁性多孔微球的浓度、生物膜量和生物膜浓度等,微球表面微生物固载量达到109.80mg/g,说明磁性多孔微球的表面能吸附大量的微生物,且运转历程中维持着高浓度和密集的活性生物膜。并进行了磁性稳态流化床净化SO2废气初步试验,净化效率可达90%以上。关键词：分散聚合论文单分散性论文磁性微球论文大粒径论文多孔结构论文磁性稳态流化床论文

摘要3-5

Abstract5-10

第一章 文献综述10-23

1.1 概述10-11

1.2 磁流体的制备11-12

1.3 磁性高分子微球的制备策略12-18

1.3.1 包埋法12

1.3.2 单体聚合法12-18

1.4 磁性高分子微球的运用18-19

1.4.1 固定化微生物18

1.4.2 固定化酶18-19

1.4.3 靶向药物19

1.4.4 细胞分离19

1.5 课题的探讨作用、内容及思路19-23

1.5.1 课题的作用19-20

1.5.2 探讨内容20-21

1.5.3 探讨思路21-23

第二章 磁流体的制备及表征23-30

2.1 实验部分23-25

2.1.1 实验试剂23

2.1.2 实验仪器设备23-24

2.1.3 实验步骤及实验装置图24-25

2.1.4 磁流体的表征25

2.2 结果与讨论25-29

2.2.1磁流体TEM 照片浅析25-26

2.2.2 磁流体红外光谱浅析26-27

2.2.3 X 射线粉末衍射仪（XRD）浅析27-28

2.2.4 振动样品磁强计(V)28

2.2.5 磁流体的稳定性28-29

2.3 本章小结29-30

第三章 单分散磁性高分子复合微球的合成与表征30-45

3.1 实验部分31-33

3.1.1 实验试剂31

3.1.2 实验仪器设备31

3.1.3 实验步骤及实验装置图31-32

3.1.4 磁性微球的表征32-33

3.2 结果与讨论33-43

3.2.1 光学显微镜的形态浅析33-34

3.2.2 样品的XRD 浅析34-35

3.2.3 IR 浅析35

3.2.4 热重浅析35-36

3.2.5 磁性浅析36-37

3.2.6 磁性微球粒径及其分布的影响因素37-43

3.3 本章小结43-45

第四章 磁性多孔复合高分子微球的制备及表征45-51

4.1 实验部分45-47

4.1.1 实验试剂45-46

4.1.2 实验仪器设备46

4.1.3 实验步骤46

4.1.4 磁性多孔微球的表征46-47

4.2 结果与讨论47-49

4.2.1 磁性多孔微球的成孔机理47-48

4.2.2 光学显微镜的形态浅析48

4.2.3 磁性多孔微球(MPM)的物理性状48-49

4.2.4 磁性多孔微球的磁性浅析49

4.3 本章小结49-51

第五章 磁性多孔微球固定化脱硫菌的探讨51-58

5.1 实验部分51-54

5.1.1 SRB 菌种的驯化和纯化51

5.1.2 磁性多孔珠的制备和特点51-52

5.1.3 磁性稳态流化床（MB）52

5.1.4 SRB 的固定化52-53

5.1.5 固定化SRB 的脱硫试验53-54

5.2 结果与讨论54-56

5.2.1 生物膜形成机理54

5.2.2 生物脱硫系统的生物膜组成54-55

5.2.3 固定化生物膜量55

5.2.4 固定化SRB 的脱硫性能的初步探讨55-56

5.3 本章小结56-58

第六章 结论58-60