季铵化聚醚砜的制备及其吸附性能研究

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内毒素是存在于革兰氏阴性菌细胞壁上的一种脂多糖,与人体健康密切相关。菌体死亡后内毒素会被释放到环境中,当人体血液、肠胃、呼吸被其入侵,会引起各种病理性生理表现,最直接的是体温过高或过低,甚至导致白细胞变化、全身综合性炎症反应,肝、肾功能衰退等。为保证生物试剂用药的安全性,必须寻找有效去除内毒素的方法。在众多去除内毒素的方法中,阴离子交换膜因带有阳离子基团,具有静电吸附作用、高选择性、工艺简单等特点,成为近年来研究的热点。本课题先对聚醚砜(PES)进行氯甲基化改性,在此基础上进行季铵化改性,制备季铵化聚醚砜阴离子交换膜,并探究了其对达旦黄和内毒素的吸附效果。本课题在前期研究中,以氯化锌(Zn Cl2)做催化剂,以1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)为氯甲基化试剂,制得的氯甲基化聚醚砜(CMPES)反应程度不稳定。在此基础上探究新的氯甲基化反应条件,并优化制备。采用浓硫酸作催化剂,氯甲基化试剂不变,制备CMPES。发现用浓硫酸做催化剂的方案,在较短的反应时间和较少的BCMB用量下,CMPES的氯甲基化程度更高。对此方案进一步优化,探究BCMB用量、浓硫酸用量、反应温度三种因素对于氯甲基化反应程度的影响。通过实验,确定了适宜的反应条件:PES:H2SO4:BCMB=5 g:70 m L:5 g,当反应温度为0℃,改变反应时间,可以制备出取代度从0.14-0.8的CMPES;当反应温度为13℃,加以改变反应时间,可以制备出取代度从0.5-1.1的CMPES,得到一系列氯甲基化程度较高的CMPES。随后选用碱性较强且易形成稳定阳离子基团的1-甲基咪唑,对CMPES进行季铵化改性制备得到季铵化聚醚砜膜(Im PES)。采用红外光谱、核磁共振氢谱对Im PES结构进行表征。通过离子交换容量测试发现,随着聚醚砜的季铵化程度增大,其离子交换容量从0.08mmol/g增加到0.88 mmol/g,提高10倍。膜的吸水率、溶胀度也随着季铵化程度增大而增大。通过Zeta电位测试和膜表面静电压测试,发现聚醚砜的季铵化改性可以使其呈现电正性,且随着季铵化改性程度的增加,膜表面的正电荷增加越明显。通过接触角测试发现,聚醚砜经季铵化改性之后接触角明显变小,亲水性能得以改善。本课题进一步探究了所制备的季铵化聚醚砜对带负电荷的达旦黄染料的吸附性能。通过紫外分光光度计,测试不同季铵化程度、不同p H下、不同溶液浓度下Im PES膜对达旦黄染料的去除率。实验表明,在50 mg/L的达旦黄溶液中,季铵化程度0.5的Im PES膜在p H为3-11时,吸附去除率达到94%以上。最后采用凝胶法探究不同内毒素溶液浓度、不同季铵化程度下Im PES膜吸附内毒素的能力。结果发现,含有50 EU内毒素的水溶液经季铵化程度0.5的Im PES膜静态吸附1.5-2 h后与鲎试剂不发生凝胶反应,表明静电吸附作用下季铵化聚醚砜对内毒素有一定的吸附去除性能。将具有内毒素滤除效果的PES商业E膜与自制Im PES膜进行对比分析,发现E膜的季铵化程度、Zeta电位等电点不高,但亲水性高,孔径小。认为需要以孔径截留为主,静电吸附为辅才能实现对大量内毒素的有效吸附。
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