开放性实验:聚乙烯亚胺修饰碳点的合成、纯化与表征

开放性实验是培养拔尖创新人才的有效手段。我们基于学生兴趣、科研热点和实验室条件,设计了实验方案。实验采用一步水热法,以柠檬酸(CA)为碳源,聚乙烯亚胺(PEI)为修饰剂,合成PEI修饰碳点(PEI-CDs)。首先,将CA、PEI在0.1 mol/L的盐酸中超声至完全溶解,混匀后转移到高压反应釜中,放入烘箱130℃反应2 h,制得PEI-CDs原液;然后将冷却至室温的原液旋转蒸发浓缩至2 mL,并用无水乙醇沉淀、洗涤;最后,将所得沉淀放入真空干燥箱,70℃干燥12 h得到PEI-CDs粉末。利用紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计、红外光谱仪和透射电镜对所合成的PEI-CDs进行表征。结果表明,所采用的无水乙醇沉淀纯化方法简单、快速、经济、绿色,制得的PEI-CDs水溶性好,发光性能优异,大小均一,稳定性高。通过该开放性实验,学生不仅熟悉了大型仪器的使用,而且增强了科学研究的兴趣。

水驱油藏聚乙烯亚胺交联聚合物凝胶体系研究进展

聚乙烯亚胺(PEI)是一种低毒性环保材料,它与聚合物交联的凝胶体系具有适用温度范围广、成胶时间可控、成胶后强度大、高温稳定时间长、几乎不受储层岩石矿物影响等优点。本文回顾了以PEI作为交联剂的各类凝胶体系的研究动态,阐明了PEI与各类聚合物的交联反应机理及其凝胶体系特点,分析了各类因素对凝胶性能的影响,并列举了改善凝胶性能的方法和成功的矿场应用实例,重点分析了提高凝胶体系交联活性的方法研究。最后,提出聚丙烯酰胺(PAM)/PEI凝胶体系作为环保型调驱体系在中低温油藏深部调控方面具有非常大的应用前景,应继续深入研究提高PAM/PEI凝胶体系交联效率的方法及其作用机理,以降低聚合物与交联剂用量,为这一体系的推广应用提供理论依据与实验基础。

基于4-巯基苯甲酸和聚乙烯亚胺功能化纳米银的Cr^(3+)检测研究

水体中重金属离子含量过高会导致生态环境及人体健康的严重损害,检测水体中重金属离子含量十分重要。针对目前重金属离子检测灵敏度的问题,合成了4-巯基苯甲酸和聚乙烯亚胺修饰的纳米银材料,并构建了水溶液中铬离子检测体系。考察了不同修饰剂的浓度、体系pH对检测体系的影响。研究结果表明,当4-巯基苯甲酸浓度为1×10^(-6)mol/L、聚乙烯亚胺质量浓度为2×10^(-8)g/mL、pH=9.73时,该检测体系对Cr^(3+)具有良好的检测效果,在最优条件下检测限可达8×10^(-7)mol/L。另外,该检测体系能够有效抵抗Al^(3+)、Ni^(2+)、K^(+)、Sr^(2+)、Co^(2+)、Cu^(2+)、Fe^(3+)、Zn^(2+)的干扰。在Cr^(3+)浓度为8×10^(-7)~1×10^(-5)mol/L时,符合曲线方程y=0.05906+0.50402/[1+10^(2.59349×10^(-6)-x)×569909.68](R^(2)=0.997)。该研究在检测污水中Cr^(3+)浓度方面具有较大的应用价值。

新型聚乙烯弹性体导向的α-二亚胺镍配合物催化剂的研究进展

乙烯与α-烯烃共聚所制备的聚烯烃弹性体是聚烯烃材料的热点,可广泛应用于塑料相容剂、鞋底基材、光伏封装胶膜、微电子封装材料和弹性体纤维等高附加值产品领域。在我国缺少α-烯烃单体的形势下,迫切需要跨越传统共聚体系的新型催化剂。Brookhart型α-二亚胺镍(Ⅱ)配合物催化剂能够实现单一乙烯聚合制备聚乙烯弹性体,是特别值得重视和推进产业化的催化剂体系。该类催化剂在催化乙烯聚合过程中采用“链行走”机理,“通过调控催化剂结构,不仅可以调节催化活性,更重要地可实现对所得聚乙烯支链的有效剪裁”;这些微观结构可控的聚乙烯弹性体在具有窄分子量分布特点的基础上,涵盖了从低分子量(降凝剂)、中等分子量(膜材)到高分子量(高强度树脂)各个范围的聚合产物。综述了可制备乙烯低聚物,油性低分子量、中等分子量、高分子量甚至超高分子量全系列支化聚乙烯的α-二亚胺镍(Ⅱ)配合物的最新结构演变进展,对结构的改性包括N-芳基取代基的修饰、配体骨架结构的修饰和双核配体的利用三个部分;从空间效应和电子效应两方面探讨了配合物结构与催化性能的关系。α-二亚胺镍(Ⅱ)催化剂合成简单,具有中试放大基础和产业化推进的潜能,为单一乙烯聚合制备多品种新型聚乙烯弹性体奠定了良好基础。

聚乙烯亚胺修饰的聚氨酯泡沫对甲基橙和茜素红的吸附性能研究

制备了聚乙烯亚胺修饰的聚氨酯泡沫(PEI-PUF),考察了合成条件对制备吸附剂性能的影响,研究了PEI-PUF对水溶液中甲基橙和茜素红的吸附性能。研究结果表明:平衡时间为60 min,准一级动力学模型能更好地描述PEI-PUF-30对甲基橙和茜素红的吸附动力学过程;在酸性条件下PEI-PUF-30对甲基橙和茜素红的吸附量较大,吸附量随着pH值的增加而降低,PEI-PUF-30对甲基橙在较宽的pH值范围内(pH<9.8)存在较高的吸附量;Freundlich模型对实验数据的拟合结果较好,PEI-PUF-30对甲基橙和茜素红的最大吸附量分别为128.28和98.76 mg·g^(-1),相比之下对甲基橙有更高的吸附亲和性;随着温度的升高,PEI-PUF-30对甲基橙和茜素红的吸附量增大,表明该过程为吸热反应。

聚乙烯亚胺表面修饰纳米纤维素增强聚己内酯

纤维素纳米晶(CNC)是一种天然高分子成核剂,由于亲水性纤维素在疏水性聚酯中的分散性较差,采用2种不同相对分子质量的聚乙烯亚胺(PEI)对四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化纤维素纳米晶(CNC)进行了表面修饰,得到纳米纤维素(TONC),进行Zeta电位和傅里叶红外测试,结果表明,PEI以非共价键和共价键的形式使TONC表面附着了大量的氨基。采用熔融挤出的方法将纳米纤维素和聚己内酯共混,WAXD、POM、DSC等测试结果表明,纳米纤维素提高了聚酯基体的成核效率和结晶性能,其中,Tc由26.8℃分别增大至32.5、31.8℃,Tm由57.5℃分别增大至63.1、60.1℃,复合材料的拉伸强度分别提高了35.78%、24.90%,弹性模量分别提高了23.15%、20.16%。PEI降低了TONC分子间的氢键密度,减少了TONC在基体中的团聚现象,提高了纳米纤维素在聚酯基体中的成核速率,提高了其纳米复合材料的力学性能。

聚乙烯亚胺的抑膨促渗机理

为解决风化壳淋积型稀土矿(WCE-DREO)原地浸出过程中出现的滑坡和浸出速度慢等问题,研究了聚乙烯亚胺(PEI)对蒙脱石(MMT)和风化壳淋积型稀土矿的抑膨性能及作用机理。随着聚乙烯亚胺浓度的增加,聚乙烯亚胺对蒙脱石和风化壳淋积型稀土矿的抑膨效果逐渐增强。由0.4%聚乙烯亚胺和2%硫酸铵组成的复合浸出剂与单独使用2%硫酸铵相比,稀土的浸出效率从93.94%提高到95.24%,浸出时间缩短了约33%。聚乙烯亚胺可通过水解产生大量-NH_(3)^(+),从而中和黏土矿物夹层和表面的负电荷,减少静电排斥,削弱黏土矿物的水化和膨胀。PEI可在黏土颗粒上形成一层聚合物膜,改变颗粒表面的亲水性,减少水的侵入。小颗粒在长链PEI的包裹和桥联作用下发生团聚,从而增大了颗粒尺寸,有利于浸出剂的渗入。PEI骨架还能嵌入黏土夹层并挤出夹层水,从而抑制黏土矿物的膨胀。

自清洗聚乙烯亚胺改性纳米平板陶瓷膜MBR在老龄垃圾渗滤液处理中应用实例

针对老龄垃圾渗滤液可生化性低,成分复杂,重金属含量高等特点,采用气浮+厌氧+缺氧+一体式浸没MBR+纳滤+反渗透组合处理工艺。厌氧反应器采用搪瓷材质的UASB。MBR膜采用新型亲水性更强的聚乙烯亚胺改性纳米平板陶瓷膜,同时配套自清洗膜组件,膜组件安装有能对膜片表面进行清洗的毛刷,进一步减轻膜污染,从而提高膜通量。工程调试运行8个月,产水水质标准高于≤生活垃圾卫生填埋场污染控制标准≥(GB16889-2008)表3中的标准,即COD≤60 mg/L,BOD5≤20 mg/L,ρ(氨氮)≤8 mg/L,ρ(总氮)≤20 mg/L,ρ(SS)≤2.0 mg/L等。水处理运行费用为24.0元/m^(3)。

罗丹明6G-聚乙烯亚胺改性纤维素纳米晶的制备及性能

利用罗丹明6G-聚乙烯亚胺(R6G-PEI)对纤维素纳米晶(CNC)化学改性,制备了传感器CNC-PEI-R6G。利用FT-IR、XRD、XPS、UV-vis和PL等分析手段对CNC-PEI-R6G的组成结构和检测性能进行表征。研究表明,氧化时间的长短对双醛纤维素纳米晶(D-CNC)中醛基的含量影响很大。加入Fe^(3+)时,观察到CNC-PEI-R6G溶液变为粉红色,且在566nm处的荧光强度显著增强,实现对水介质中Fe^(3+)的肉眼检测和荧光选择性识别,检测限为0.03mg/kg。此外,CNC-PEI-R6G还可用于准确识别自来水和泳池水等实际水样中的Fe^(3+)。

聚乙烯亚胺修饰化二硫化钼光控纳米粒在阿替洛尔经皮递药中的应用

目的:以阿替洛尔作为模型药物,旨在开发一种基于聚乙烯亚胺修饰的二硫化钼纳米粒(polyethyleneimine-modified Mo S2nanoparticles,PEI-Mo S2NPs)的近红外激光控释的经皮递药系统(transdermal drug delivery system,TDDS)。方法:通过一步水热合成法制备3D花瓣状结构的PEI-Mo S2NPs,并通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱、X射线衍射分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其进行结构表征。通过体外药物释放实验和体外透皮实验研究PEI-Mo S2NPs的控释能力。结果:PEI-Mo S2NPs具有良好的药物负载效率(53.86%)和较高的光热转换能力。近红外激光刺激使阿替洛尔的释放增加了1.56倍。结论:近红外激光可用于控制PEI-Mo S2NPs中药物的释放,促进药物的经皮渗透。

聚乙烯亚胺(PEI)改性UiO-66对钯(Ⅱ)吸附性能的影响

钯是电子、催化、医药、首饰等诸多领域不可或缺的重要原料,但是钯在地壳中的含量十分稀少,并且价格非常昂贵,因而分离和回收钯具有重要意义。本工作采用浸渍后处理法对溶剂热法合成获得的UiO-66进行聚乙烯亚胺(PEI)改性,当PEI含量为UiO-66的20%(质量分数,下同)时,制得的PEI@UiO-66对Pd(Ⅱ)溶液(2 000 mg/L)的吸附量可达145 mg/g,较未改性前提升126.6%;通过在浸渍后处理工艺中引入硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)能够有效改善PEI和UiO-66间的界面结合,当KH550含量为UiO-66的5%时,PEI@KH550@UiO-66对Pd(Ⅱ)溶液(2 000 mg/L)的吸附量达到178 mg/g,较PEI@UiO-66提升22.8%,较未改性UiO-66则提升178.1%。PEI@UiO-66和PEI@KH550@UiO-66对Pd(Ⅱ)吸附机理除了锆基团簇同PdCl_(4)^(2-)之间的电子偏移,还存在质子化的氨基同PdCl_(4)^(2-)之间的电子偏移。

羧甲基纤维素/聚乙烯亚胺气凝胶对Ni(Ⅱ)的吸附性能研究

通过环氧氯乙烷交联羧甲基纤维素钠(SC)和聚乙烯亚胺(PEI)制备含胺基和羧基的多孔气凝胶(PSC),应用于废水中Ni(Ⅱ)的吸附。研究PSC的组成、溶液pH、处理时间和Ni(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附的影响。结果表明:SC与PEI质量比为1∶5的PSC在pH=4.0的条件下具有最大吸附容量(>190mg/g);吸附行为符合准二级动力学和Freundlich等温吸附模型;在投料量为1.0g/L条件下,PSC可将实际水体中10mg/L的Ni(Ⅱ)降低至国家污水排放标准以下。X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等分析表明离子交换与Ni(Ⅱ)和羧基及胺基间的络合作用是吸附的主要机理。

纳米纤维素/聚乙烯亚胺水凝胶的制备及对Cr(Ⅵ)的吸附

以麦秆基纳米纤维素纤丝(cellulose nanofibrils,CNF)和聚乙烯亚胺(PEI)为原料,通过化学交联制备了CNF/PEI(CPH)复合水凝胶。SEM结果表明,复合水凝胶微观形貌为蜂窝状大孔网络结构,红外光谱分析及元素分析表明CPH水凝胶携带大量氨基。将CPH复合水凝胶用于水体中Cr(Ⅵ)的吸附研究,结果表明,pH值为2时,Cr(Ⅵ)吸附效果最优;吸附动力学及等温方程研究结果表明其吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温方程符合Langmuir模型,在温度为25,35℃时对Cr(Ⅵ)最大吸附容量分别为117.1,123.5 mg/g。经过3次吸附-解吸循环后,其吸附容量可达对照组的70%以上,说明CPH水凝胶具有一定的再生及循环利用性能。研究结果可为农业废弃物的资源化利用及Cr(Ⅵ)污染处理提供理论依据。

新型吡啶亚胺镍催化剂在乙烯聚合中的应用

吡啶亚胺镍催化剂是一种基于亚胺基配体的金属镍配合物,因其在乙烯聚合中高效的催化性能和优异的化学可调性,一直以来备受学者关注。为了给该催化剂的改进提供新的研究思路,制备了3种新型吡啶亚胺镍催化剂并进行了乙烯聚合实验,分析了反应温度、取代基团、反应溶剂等对催化剂性能的影响,结果表明:随着反应温度的升高,催化活性逐步降低,聚合物的分子量亦逐渐降低;配体苯胺环上2,6号位的烷基修饰基团的空间位阻会对聚合产物的分子量产生一定影响,利用具有异丙基这一最大位阻取代基的催化剂3,制备出了分子量更大、支化度更低的聚合物。

聚乙烯亚胺/植酸自组装整理棉织物的阻燃性能表征

为解决植酸(PA)的强酸性对阻燃棉织物(COT)的影响及棉织物阴燃问题,以聚乙烯亚胺(PEI)和PA为原料,利用层层自组装(LBL)和喷涂工艺,在棉织物表面制备PEI/PA阻燃涂层,探讨复配阻燃剂的协同阻燃效果。用热重分析、极限氧指数(LOI)仪、垂直燃烧测试仪等对阻燃整理前后的棉织物进行表征。研究表明:植酸、聚乙烯亚胺的初始分解温度下降,先于主体吸热降解,有效抑制织物初始热裂解,促进材料低温炭化。在升温阶段,聚乙烯亚胺热裂解产生N2和NO2等惰性气体,形成隔氧保护层,起延缓织物降解作用;植酸降解产生磷酸或偏磷酸,催化纤维素脱水炭化,有促进低温炭化趋势。聚乙烯亚胺/植酸复配整理织物,损毁长度减少到3cm,续燃时间和阴燃时间可达到0s,LOI值由18.1%提升到38.2%,PEI所带正电荷与PA所带负电荷的磷酸基团通过静电相互作用改善了PA的酸性性质,有效解决棉织物的阴燃及植酸强酸性对棉织物的影响问题,并达到阻燃目标。

聚乙烯亚胺修饰坡缕石/CaIn_(2)S_(4)复合材料光催化降解甲基橙

以聚乙烯亚胺(PEI)修饰的坡缕石(PGS)[记为PGS(PEI)]、CaIn_(2)S_(4)前驱体为原料,一锅水热法制备了PGS(PEI)/CaIn_(2)S_(4)复合材料,通过XRD、SEM、N2吸附-脱附、UV-VisDRS及PL表征了复合材料的物化性能,阐述了该复合材料的生长机制,测试了PGS(PEI)/CaIn_(2)S_(4)复合材料光催化降解多种染料的可行性。结果表明,PGS(PEI)镶嵌在纳米花CaIn_(2)S_(4)的内部,PGS(PEI)质量分数为60%的PGS(PEI)/CaIn_(2)S_(4)复合材料[记为60%PGS(PEI)/CaIn_(2)S_(4)]的比表面积、孔容、孔径分别为138.59 m^(2)/g、0.49 cm^(3)/g、14.21 nm。PGS(PEI)与CaIn_(2)S_(4)之间的内置电场及PEI对光生电子的迁移提高了PGS(PEI)/CaIn_(2)S_(4)光生载流子的分离率,可见光照射下60%PGS(PEI)/CaIn_(2)S_(4)对甲基橙的光催化降解活性高于CaIn_(2)S_(4),光照60 min,对甲基橙的降解率为96.9%,·O_(2)^(-)为光降解反应中的主要活性基团。

聚乙烯亚胺修饰碳纤维对环氧树脂复合材料性能的影响

为提高碳纤维与环氧树脂的界面结合性能,从而提高复合材料的摩擦学性能,用聚多巴胺和聚乙烯亚胺对碳纤维进行表面修饰,利用光谱分析仪和扫描电子显微镜分析修饰前后碳纤维表面的化学组成和微观结构,利用万能材料试验机和摩擦磨损试验机考察碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能和摩擦学性能。结果表明:碳纤维经表面处理之后的粗糙程度和活性官能团增多,改善了纤维与树脂之间的界面结合,使得复合材料的弯曲强度和拉伸强度得到不同程度的提高;与未修饰碳纤维增强的环氧树脂复合材料相比,表面修饰碳纤维增强环氧树脂复合材料的耐磨性能得到了很大程度的提高,复合材料的磨损机制也由疲劳磨损转变为磨粒磨损。

聚乙烯亚胺修饰的羧甲基甲壳质微球对Cr(Ⅵ)的吸附研究

众所周知,源于羧甲基甲壳素(carboxymethyl chitin,CMC)的吸附材料在重金属离子和染料的去除方面具备诸多优势,如高效吸附性、选择吸附性、环境友好、制备原料储量丰富等。为有效去除不同水介质(去离子水、模拟废水、自来水和海水)中的六价铬Cr(Ⅵ),将甲壳质(chitin,CT)羧甲基化获得CMC,后以聚乙烯亚胺(polyethyleneimine,PEI)为交联剂和功能基团,采用反相乳化法首次合成了一种新的PEI修饰的CMC复合微球(CMC-PEI),并对CMC-PEI微球的理化性质、吸附条件及吸附机理进行了研究。结果表明,PEI通过酰胺反应成功接枝到CMC上形成CMC-PEI微球。CMC-PEI微球对Cr(Ⅵ)的吸附行为符合伪二级动力学模型,说明在吸附Cr(Ⅵ)的过程中,化学吸附起主导作用。根据Liu模型计算得知,CMC-PEI微球对Cr(Ⅵ)的最大理论吸附量为244.01 mg/g。吸附-解吸附实验发现,NaOH能有效地从微球表面解吸Cr(Ⅵ),表明吸附后的微球具有良好的循环再生性能。光谱学分析结果表明,CMC-PEI微球对Cr(Ⅵ)的去除主要包括静电相互作用、还原反应和配位作用。另外,不同水介质实验结果表明,CMC-PEI微球对去离子水、模拟废水、自来水和海水中的Cr(Ⅵ)有良好的去除效果。总之,该微球制备工艺简单、成本低、节约资源和易推广,可以为净化受铬污染的不同水体提供重要参考。

磷酸酯化聚乙烯亚胺阻燃粘胶织物的制备与性能

为降低多元羧酸交联剂的强酸性对阻燃粘胶织物的强力损伤,以多氨基磷酸酯化聚乙烯亚胺(BPEI-DP)为阻燃剂,在1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)的交联作用下得到阻燃粘胶织物,研究了其表面化学组成、阻燃性能、热降解稳定性能和热释放行为,分析了BPEI-DP/BTCA体系对粘胶织物力学性能的影响。结果表明:阻燃粘胶织物的极限氧指数(LOI)提升至28.9%,垂直燃烧测试中阻燃织物离火自熄,无续燃和阴燃现象,损毁长度为9.9 cm;相比于纯粘胶织物,阻燃粘胶织物的成炭性显著提升,热释放明显降低,最大热释放速率下降了34%;其耐水洗性能与N-羟甲基-3-(二甲氧基膦酰基)丙酰胺阻燃粘胶织物相当,20次标准水洗后LOI值从28.9%下降至24.9%;该阻燃体系有效保留了粘胶织物的断裂强力,保留率可达70%左右,为高品质阻燃纺织品的设计制备提供了思路。

聚乙烯亚胺改性生物炭对水中甲醛的吸附特性及影响因素研究

利用聚乙烯亚胺(PEI)通过浸渍处理玉米芯活性炭(AC)制备PEI改性AC(PEI-AC),并将PEI-AC用于吸附工业废水中的甲醛。采用单因素静态实验对影响吸附的4个主要因素(吸附剂投加量、pH值、初始浓度和吸附时间)进行分析,并结合吸附过程的动力学特征以及SEM、FT-IR和XRD等特性表征对吸附机理进行了初步探究。研究结果表明,当PEI-AC的投加量为0.3 g、pH 2、初始浓度为10 mol/L且吸附时间为2 h时,PEI-AC对甲醛的吸附量为5.92 mg/g,吸附率高达89.2%,而在相同条件下未改性AC对甲醛的吸附率仅为42.2%。因此,PEI改性可以极大地提高AC对甲醛的吸附能力。利用准一级、准二级及内扩散动力学模型对PEI-AC吸附甲醛的过程进行拟合,结果发现该吸附过程符合准二级动力学模型;进一步采用Langmuir和Freundlich模型对等温吸附过程进行描述,研究结果表明,该吸附过程符合Langmuir模型,饱和吸附量为5.79 mg/g。