纳米型戊二酸锌催化剂的合成及其性能研究

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聚碳酸亚丙酯(PPC)是一种环境友好高分子聚合物,由二氧化碳(CO2)和环氧丙烷(PO)催化共聚反应而成。基于可生物降解性和良好的气体阻隔性,PPC在包装、医用材料等方面具有潜在的应用价值。戊二酸锌(ZnGA)催化剂是目前适合PPC工业化生产的催化剂之一,其催化合成的PPC具有分子量大、交替共聚、碳酸酯含量高等优势,但其催化效率有待提高。作为多相催化剂,比表面积是影响ZnGA催化效率的重要因素。本论文用简便的方法合成了具有高效催化的纳米型ZnGA,并用于催化CO2/PO共聚反应合成PPC。通过XRD、SEM、比表面积、TGA等表征催化剂,用~1H NMR、GPC、TGA、DSC等表征PPC结构和热性能。另外,考察了CO2/PO共聚条件对ZnGA催化效率以及PPC结构和性能的影响。具体内容如下:(1)溶液界面法合成纳米片ZnGA催化剂(记为JM-ZnGA)。利用三种组成比例不同的N,N-二甲基甲酰胺/乙腈混合液,作为密度不同的上中下三层,下层和上层分别溶解戊二酸和二水醋酸锌。在一定温度下,上下层的戊二酸和醋酸锌扩散到中间层进行反应,生成JM-ZnGA。该界面法合成的ZnGA呈纳米片形态,相比于ZnGA的传统合成方法,即55℃下氧化锌和戊二酸在甲苯溶剂中强烈搅拌的方法,界面法合成的JM-ZnGA具有较小的晶粒尺寸、较大的比表面积和较低结晶完整度。在40℃合成的JM1-ZnGA的形态样貌呈现小薄片状态,在80℃合成的JM2-ZnGA薄片变大变宽;若在10倍戊二酸浓度下合成的JM3-ZnGA则表现为聚集形态的花簇状形态。说明反应温度、反应物浓度均对合成的催化剂形态有一定影响。将该方法合成的催化剂JM-ZnGA与传统ZnGA的催化效率做了对比,其中JM1-ZnGA与JM3-ZnGA比传统ZnGA提升约5%,合成的PPC比传统ZnGA合成的PPC的5%热失重温度(Td,-5%)提高约20℃。(2)溶剂热法合成纳米戊二酸锌催化剂(记为NM-ZnGA)。NM-ZnGA呈现规整的纳米片形态,与传统方法合成的ZnGA比较,具有较大的晶粒尺寸和较高的结晶完整度。ZnGA催化效率为:纯化前23.8 g PPC/g Cat.,纯化后17.1 g PPC/g Cat.;NM-ZnGA催化效率为:纯化前28.5 g PPC/g Cat.,纯化后20.0 g PPC/g Cat.。NM-ZnGA催化剂所得PPC产率比用传统催化剂时PPC的产率高出10-15%。相对ZnGA合成的PPC,NM-ZnGA催化剂合成的PPC表现出与传统方法合成的PPC相近的性能。同时,在合成PPC的过程中,探究了CO2压力对共聚反应的影响,随着CO2压力减小,碳酸酯键含量也随之下降,在合成中,CO2压力一般控制在3~5MPa为合适范围。另外,实验还发现NM-ZnGA即使在较低的CO2压力(3MPa)下也能具有20.8 g PPC/g Cat.的催化效率。脂滴(LDs)在生物体内有着非常重要的作用,是很多疾病的重要生物标志物。实时定位和跟踪脂滴以早期诊断相关疾病并阐明其生理作用是一项具有挑战性的任务,很有必要进行研究。其中,有机染料的脂滴荧光成像是一种很有前途的方法。商业荧光染料尼罗红和油红(OA)等已被广泛使用用于脂滴成像。但荧光成像信噪比低、干扰大,成为其不容忽视的缺点。基于此,我们通过四苯基乙烯构筑了TPETA荧光分子,测试了特异性脂滴成像,并且跟踪和检测脂滴运动。TPETA在溶液中具有良好的AIE特性以及固态条件下良好的压电和酸致变色特性,可以为多功能应用的AIE材料提供一种可能。
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