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水凝胶作为一种三维网状结构的亲水性聚合物材料,在吸附染料、去除重金属离子等废水处理方面发挥着巨大作用。近年来,环境响应性聚合物在人们生活中的应用越来越广泛,这类聚合物可随温度、pH、磁场、光和其他条件的变化而显示出构象、表面形貌或者颜色的变化。在众多响应性聚合物中,温度响应性聚合物研究最多,应用最为广泛。温度响应聚合物在低于其转变温度(TT)时呈亲水状态,能够吸收水分子并形成分子间氢键;当外界温度高于TT时,其转变为疏水态,分子间氢键断裂,转为分子内氢键。当温敏聚合物与水凝胶结合后,能够赋予水凝胶在不同温度下各异的亲疏水性。通过调节外界温度,实现在TT以下时水凝胶表面亲水疏油,吸附污染物;在TT以上时,温敏水凝胶转为疏水状态,实现浓缩染料。然而温敏水凝胶表面致密,比表面积较低,严重限制其实际应用,因此制备吸附性能好、比表面积大的复合温敏水凝胶用于对染料等污染物吸附具有重大意义。通常采用构建互穿网络结构(IPN)、掺杂纳米材料等方法增加孔隙率;引入第三单体共聚(如离子型单体和离子液体等)增强水凝胶的吸附性能。基于以上方法的启发,本文将从以下两大方向制备具有高吸附性能和可循环使用的复合温敏水凝胶:(1)以g-C3N4光催化剂为纳米增强材料以提高IPN温敏水凝胶的孔隙率和染料吸附性能。通过水溶液自由基聚合将温敏单体2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯(MEO2MA)、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA300),光催化剂g-C3N4引入到海藻酸钙水凝胶中,制备SA/P(MEO2MA-co-OEGMA300)/g-C3N4 IPN复合温敏水凝胶。研究其热稳定性、表面形貌、溶胀性能和吸附性能,并进一步探究其循环使用性能;(2)以离子液体作为功能性单体提高温敏水凝胶对离子型染料的吸附能力。离子液体单体与温敏单体共聚制备复合温敏水凝胶,对制备的水凝胶进行红外、SEM表征,并探索离子型温敏水凝胶的溶胀机理。最后研究了单体比例、交联剂用量等对水凝胶吸附性能的影响。具体研究结果如下:(1)g-C3N4诱导IPN温敏水凝胶形成多孔结构,提高染料吸附能力,所得的SA/P(MEO2MA-co-OEGMA300)/g-C3N4 IPN复合温敏水凝胶具有互穿聚合物网络(IPN)结构。其所具备的多孔结构,不仅显著增强了水合能力,而且还提高了对亚甲基蓝的吸附能力。在20℃下SA/P(MEO2MA-co-OEGMA300)/g-C3N4 IPN复合温敏水凝胶的平衡溶胀率可达到14.21倍。在35℃可见光照射下5 h可以从200 mL的染料溶液(10 mg/L)中去除90%以上的亚甲基蓝分子,比IPN温敏水凝胶吸附速率高10%。(2)温敏聚合物的转变行为进一步提高IPN复合温敏水凝胶孔隙率,并增强染料吸附能力。IPN复合温敏水凝胶的TT为45℃,当温度升高至其TT时,P(MEO2MA-co-OEGMA300)网络坍塌导致IPN复合温敏水凝胶具有更高的孔隙率,并借此进一步增强了水凝胶对染料的吸附能力。45℃时IPN复合温敏水凝胶可在2 h内吸附降解亚甲基蓝水溶液(10 mg/mL)中100%的染料,比40 ℃(低于TT)快3倍。(3)IPN复合温敏水凝胶具有良好的可循环使用性。由于有光催化剂g-C3N4的存在,吸附饱和后的水凝胶在可见光下光照12 h后恢复到原始状态。经过5个循环后,SA/P(MEO2MA-co-OEGMA300)/g-C3N4 IPN复合温敏水凝胶的吸附降解率仍高达99.9%。基于协同吸附,SA/P(MEO2MA-co-OEGMA300)/g-C3N4 IPN复合温敏水凝胶可用于高效去除水溶液中的染料污染物并具有良好的重复利用性。(4)借助离子液体提高水凝胶的溶胀性能,通过自由基聚合将离子液体1,1,3,3-四甲基胍丙烯酸酯(TMGA)与温敏单体MEO2MA、OEGMA300共聚。水凝胶的溶胀率随离子液体含量增加而增加,当TMGA/(MEO2MA、OEGMA300)比例为0.5:1(w/w),交联剂用量为20 mg时,制备的聚离子液体温敏水凝胶对染料的吸附效果较好。此时P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-TMGA)水凝胶的溶胀率达到33.73倍,水分子在水凝胶中的扩散符合菲克扩散行为。(5)在不光照条件下,P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-TMGA)水凝胶可以选择性吸附染料;光照条件下P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-TMGA)水凝胶可以分解染料,在30℃可见光照射下,5 h可以从200 mL的染料溶液(50 mg/L)中去除95%以上的亚甲基蓝分子。在光照条件下,经过7个循环后,P(MEO2MA-co-OEGMA300-co-TMGA)水凝胶对亚甲基蓝的去除率仍高达99.9%,可以更高效地去除水溶液中的染料,并实现循环使用性能。