摘要
磁性复合材料作为一种新型的功能性复合材料，能够在外界磁场作用下表现出优异的磁响应特性且自身具有低毒性、热稳定性等理化特征，成为了复合材料领域研究的热点。传统制备磁性复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、原位生长法和各种聚合方法，然而这些制备方法在实际应用中仍存在一些不足如工艺复杂、易产生二次污染及难以制备具有特殊形貌及尺寸的功能性复合材料等。鉴于此，本研究旨在通过将绿色合成技术Pickering乳液模板法和Pickering乳液聚合法与传统的合成技术结合制备具有特殊功能性及结构的磁性复合材料。首先通过溶胶-凝胶法与Pickering乳液模板法结合制备了磁性Janus纳米片，然后通过Pickering乳液聚合法制备了磁性复合微球，并对两种磁性复合材料在乳化和催化降解染料中的应用进行了探讨。论文的主要研究内容如下: 1、采用溶胶-凝胶法/Pickering乳液模板法的组合工艺，合成了内侧为苯基，外侧为氨基的二氧化硅石蜡微球(SiO2/Wax),然后通过聚多巴胺改性SiO2/Wax微球，制备得到PDA/SiO2/Wax。经过溶解石蜡芯，超声破碎得到Janus聚多巴胺二氧化硅纳米片(JPSN),然后分别通过酰胺化反应和水浴法将柠檬酸钠改性的四氧化三铁(Fe3O4)和α-羟基氧化铁(α-FeOOH)接枝到JPSN的氨基侧，获得了同时具有乳化和催化功能的 JMPSN/α-FeOOH 纳米片。通过 FTIR、XRD、TGA、SEM、XPS 及 DRS 等测试表征手段对纳米片的化学结构、物相组成、表面形貌、元素组成及禁带宽度进行了分析测试。以JMPSN/α-FeOOH纳米片作为稳定剂制备Pickering乳液，探讨了不同的均质速率、pH、稳定剂用量及油相种类对乳化性能的影响。研究表明，JMPSN/α-FeOOH可以乳化多种油相，通过交替添加酸或碱，乳液可在乳化和破乳之间循环至少4次。通过催化实验研究了 JMPSN/α-FeOOH对阳离子染料亚甲基蓝(MB)、阴离子染料甲基橙(MO)和刚果红(CR)的催化性能和催化机理。动力学结果表明，三种染料的催化过程都遵循一级动力学模型。JMPSN/α-FeOOH为稳定剂构建的Pickering乳液系统中催化剂与污染物分子之间较大的接触面积赋予了其优异的催化性能，MB、MO和CR在乳液系统中的催化速率分别为非乳化系统的1.7、2.5和2.1倍。在持续光照下，乳液体系依然显示出较好的稳定性。此外，探讨了在乳液系统中不同的催化剂用量、染料浓度及双氧水浓度对MO催化过程的影响。结果表明，在JMPSN/α-FeOOH为10 mg,H2O2为1 mmol时浓度为30 ppm的MO能够在40 min内被完全降解。JMPSN/α-FeOOH在催化后可以通过施加外部磁场快速地从水相中分离，经过四次催化循环后，催化效率依然保持在80％。 2、分别以透析前和透析后的柠檬酸钠改性的Fe3O4纳米颗粒(IO)为稳定剂进行Pickering乳液聚合实验。系统研究了不同引发剂、单体类型、电解质、IO的pH和浓度对聚合动力学的影响，并通过分析动力学曲线探讨了一系列因素对单体转化率、乳胶颗粒大小和数量的影响，揭示了无电解质下Pickering乳液聚合过程的关键机理，并将乳胶颗粒用于多种油相的乳化。采用DLS分析了 IO/PMMA乳胶粒子的的尺寸;通过SEM对磁性乳胶粒子的表面形貌进行表征;采用TGA分析IO纳米颗粒的掺入效率(IE)和乳胶颗粒的表面覆盖率(Cov)。通过动力学结果分析表明，透析后的IO纳米颗粒(IOB)能够在Pickering乳液聚合体系中发挥稳定剂的作用。在以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体，IOB为稳定剂的乳液聚合实验中，当IOB的pH为7.05，浓度为20 g/L时，可得到较小粒径(229nm)的磁性PMMA微球。通过改变IOB的浓度，磁性微球的表面覆盖率Cov最高可达83.48％,可以通过施加外部磁场快速地从水相中分离。此外，磁性微球(IOB=60 g L-1)可以乳化多种油相。最后，基于这些结果，提出了一种简单有效的Pickering乳液聚合制备磁性复合材料的方法。
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