摘要
海藻酸钠（SA）作为一种来源丰富的天然多糖类高分子，具备良好的亲水性、絮凝性和生物相容性等优点，在食品、环境、医疗及生物领域方面具有广泛的应用。然而海藻酸钠凝胶的强度较差，如何改善其机械性能并在处理污水后回收利用是一个大的挑战。通过相应的技术将海藻酸钠与功能高分子材料组成复合凝胶，可有效增加机械强度，实现海藻酸钠在各个领域功能的互补优化，从而提高其应用价值。 本文将生物系统中的多酚物质儿茶酚（邻苯二酚）通过嵌段共聚反应引入聚氨酯高分子，设计、合成了一系列不同分子量的聚氨酯高聚物，并利用邻苯二酚基团的金属螯合特性将聚氨酯高分子与海藻酸钠复合，制备力学性能增强的复合凝胶材料。此类材料在吸附、医疗、组织工程上有潜在的应用价值，文中对复合凝胶在染料吸附方面进行了系统的研究。具体内容与结论如下： 通过四步反应合成了儿茶酚类二胺Lysine-Dopa，以其为扩链剂制备了含儿茶酚单元的新型水溶性聚氨酯材料PU-Dopa，并对聚氨酯结构与性能之间的关系进行探究。将聚氨酯溶液与海藻酸钠溶液复合，加入不同的金属离子液交联，得到儿茶酚基聚氨酯/海藻酸钠金属螯合水凝胶。改变凝胶化金属离子的种类、pH、PU-Dopa/SA配比，利用扫描电镜测试、动态流变测试、力学性能测试、溶胀性能测试等方法对凝胶的形态、溶胀性能与力学性能进行研究。研究结果表明：儿茶酚基聚氨酯/海藻酸钠金属螯合水凝胶具备三维网状结构，呈现硬而韧的材料特质。pH为弱酸性或中性， PU-Dopa/SA配比为50/50时，复合凝胶的机械强度与溶胀性能均有良好的提升。 探究儿茶酚基聚氨酯/海藻酸钠金属螯合水凝胶在吸附方面的应用时，以常见染料亚甲基蓝（MB）、活性红紫（K-3R）、黄棕（K-GR）、活性红（194）用作实验染料，绘制其染料溶液的标准曲线。通过比较吸附效果，选定碱性染料亚甲基蓝作为模拟染料。探究金属离子种类、时间、温度、染料初始浓度对吸附效果的影响，并对复合材料在实验条件下的吸附动力学和吸附等温线进行研究，结合拟合效果讨论该材料的吸附性能。研究结果表明：各复合凝胶对染料均有良好的去除能力，且吸附速率在前20min内迅速增加，在3h时吸附已接近平衡。通过吸附动力学模型拟合，二级模型Pseudo-second-order与吸附过程更为一致，吸附过程由各个阶段共同决定。随着染料初始浓度的增加，吸附速率提升的速率变慢。采用Langmuir和Freundlich模型拟合复合凝胶的等温吸附平衡数据，发现复合凝胶更符合Freundlich热力学模型。计算证实该实验条件下有利于吸附发生，且更适合于低浓度染料吸附。温度对吸附能力影响较小。30℃时复合凝胶的单位吸附量最高，且在一定范围内升高温度有利于提高吸附效果。
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