苯并噁嗪/蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

在本论文中，以苯胺、苯酚和多聚甲醛为原料，通过溶剂法和无溶剂法合成苯并噁嗪预聚体(记作BZ)，并讨论了加料顺序、反应温度和反应时间对无溶剂法合成BZ的影响，确定最佳制备条件，具体如下：加料顺序为甲醛和苯胺，再加入苯酚；反应温度为115-125℃；反应时间为2.5h。 用十六烷基三甲基溴化铵(记作CTAB)对钠基蒙脱土(记作MMT)进行有机化处理，得到有机蒙脱土(记作OMMT)。再通过溶液或熔融插层BZ，制备了苯并噁嗪／蒙脱土纳米复合材料(记作BZ／MMT)，在不加入任何交联剂、引发剂和分散剂的条件下，经反相悬浮聚合制得球形的聚苯并噁嗪／蒙脱土纳米复合材料(记作P-BZ／MMT)。通过FT-IR、XRD、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)，比较了OMMT在P-BZ基体中分散结构的情况，结果证明，P-BZ／MMT的一、二级衍射峰基本消失，OMMT达到纳米级的分散，该材料确实纳米复合材料。由力学性能和热失重分析(TG)的结果可知，一定质量百分数的蒙脱土的加入，使P-BZ／MMT的抗拉性能和热稳定性都明显优于P-BZ。通过DSC对BZ和BZ／MMT(加入质量百分数为5％的OMMT)的固化行为进行了研究，比较了二者的特征固化温度、固化反应热和固化速率，并采用Avrami方程对BZ和BZ／MMT的非等温固化行为进行了动力学分析。结果表明，蒙脱土的加入，使得BZ／MMT的固化温度较BZ明显变宽，固化放热平缓，便于成型加工：在相同升温速率下，BZ／MMT的固化速率比BZ快，且BZ／MMT达到最大反应速率的固化温度为189℃，而BZ的为213℃；OMMT对BZ的固化反应有很大的影响，BZ／MMT固化体系存在两种固化反应方式，即蒙脱土层内催化开环和层外热开环固化反应， 将P-BZ／MMT碳化，水蒸汽活化，得到活性炭／蒙脱土纳米吸附剂。通过正交实验遴选出最佳的活化条件，具体是：温度为900℃、时间为2.0h、水的控制量为1mL／min。并以小柴胡汤中总生物碱、烟碱、苯胺、苯酚和Cr(Ⅵ)为吸附质，考察了活性炭／蒙脱土纳米吸附剂的吸附性能，讨论了吸附动力学以及温度和pH对吸附的影响。结果表明，活性炭／蒙脱土纳米吸附剂的吸附性能明显优于蒙脱土，有望成为性能优异的固相萃取剂和水处理剂，在天然产物有效成分的分离和纯化，以及水处理中拥有广阔的应用前景。