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聚天冬氨酸(polyaspartic acid,縮寫(xiě)為PASP)水凝膠由線形聚天冬氨酸分子通過(guò)交聯(lián)劑交聯(lián)而成,呈空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),。由于PASP主鏈柔軟易空間伸展,且分子中含有大量親水性的酰胺、羧基、羥基,、醚鍵等基團(tuán),易于與水分子結(jié)合,具有優(yōu)良的吸水保水性。此外,聚天冬氨酸主鏈?zhǔn)且环N氨基酸聚合物,與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相類似,易被微生物,、酶等降解,其降解產(chǎn)物無(wú)毒無(wú)害,是一種對(duì)環(huán)境友好的新型聚合物,。這些特性使得PASP水凝膠在生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)林保水,、工業(yè)污水處理,、日用化學(xué)品等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。目前,課題組已實(shí)現(xiàn)了 PASP水凝膠的中試化生產(chǎn)并應(yīng)用于防風(fēng)固沙,、農(nóng)林種植,、藥物載體及衛(wèi)生用品等,但較高的成本限制了產(chǎn)品的推廣。因此,低成本PASP水凝膠的制備工藝的探索,規(guī)?；蜋C(jī)械化應(yīng)用規(guī)程的制訂,具有特定結(jié)構(gòu)材料的開(kāi)發(fā),都有助于推動(dòng)PASP水凝膠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,。本文的研究工作主要有以下四個(gè)部分。首先,開(kāi)發(fā)了以丙三醇三縮水甘油醚(glycerol polyglycidyl ether,縮寫(xiě)為GPE)為交聯(lián)劑,先水解再交聯(lián)兩步法制備PASP水凝膠合成工藝,。通過(guò)工藝條件優(yōu)化,可得水凝膠制備最優(yōu)條件:液固比6:1,pH值4.5,反應(yīng)溫度50℃,GPE:PSI單元環(huán)1.0～1.4:10,產(chǎn)物最大吸水率可達(dá)600 g/g,此時(shí)交聯(lián)度為42%,其中pH值和交聯(lián)劑用量為影響產(chǎn)物吸水率的顯著性因素,。所制備的水凝膠具有更優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,平板培養(yǎng)、發(fā)酵液發(fā)酵及土壤填埋證明該P(yáng)ASP水凝膠具有良好的生物降解性,。與現(xiàn)有交聯(lián)劑相比,吸水率未出現(xiàn)明顯下降,每吸收1 kg水成本降低約6.5%,。其次,將PASP水凝膠作為保水劑應(yīng)用于南疆地區(qū)棉花及紅棗的種植。在棉花種植整個(gè)生育期內(nèi)可減少滴水3次,減水18.6%,棉花增產(chǎn)3.6%;在紅棗種植整個(gè)生育期內(nèi)可減少灌溉1次,減水23%,紅棗增產(chǎn)2.6～4.9%,品質(zhì)也有顯著提升,單個(gè)紅棗的均重提高了 16.2%,商品棗率提高了 6.3～30%,經(jīng)濟(jì)效益顯著提升;此外,保水劑還具有良好的抑鹽,、保溫,、肥料緩釋及抑制病蟲(chóng)害等效果,還制定了保水劑應(yīng)用規(guī)程。在此基礎(chǔ)上,初步探索了保水劑代替地膜的無(wú)膜棉種植技術(shù),土壤溫濕度結(jié)果表明在棉花生育前中期,保水劑的保溫效果優(yōu)于地膜,生育期各項(xiàng)生理指標(biāo)也證明保水劑可以促進(jìn)棉花生長(zhǎng),株高更高,成鈴數(shù)更多,棉田預(yù)估產(chǎn)量略高于本對(duì)照組,。然后,以 Pickering 高內(nèi)相乳液(high internal phase emulsion,縮寫(xiě)為HIPE)為模板制備PASP多孔材料,并將其應(yīng)用于藥物負(fù)載,。以環(huán)己烷為內(nèi)相,Tween80和納米Si02為復(fù)合穩(wěn)定劑制備O/W型Pickering HIPE。再將外相聚合,內(nèi)相揮發(fā)即可得PASP多孔材料,吸水率實(shí)驗(yàn)證明該材料具有更快的吸水速率,SEM圖像證實(shí)所制備的材料顯示出良好的開(kāi)孔骨架結(jié)構(gòu),具有較多的窗口,材料孔徑大小及分布表現(xiàn)出可控性,樣品5的平均孔徑d(0.5)為33.8 nm,孔隙率為82.5%,。將所制備的PASP多孔材料應(yīng)用于藥物負(fù)載,結(jié)果表明,具有良好開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的多孔凝膠顯示出更優(yōu)異的載藥量及藥物負(fù)載速率,藥物釋放速率受孔洞結(jié)構(gòu)和環(huán)境pH值控制,所釋放出的藥物基本不含有雜質(zhì),。最后,以PASP水凝膠為前驅(qū)體,采用原位一步碳化法制備PASP微孔/介孔碳材料(C-CroPASP),并將其應(yīng)用于氣體吸附。以KOH提供堿性環(huán)境,采用水相法制備PASP水凝膠(CroPASP),。EDS證實(shí)了K元素可以在CroPASP中均勻分布,提高了K的蝕刻效果,。不加入活化劑,一步碳化即可制得C-CroPASP,SEM觀察C-CroPASP孔徑分布均勻,BET證明其表面上既有微孔結(jié)構(gòu)(0.60 nm),又有介孔結(jié)構(gòu)(3.97 nm),存在明顯的的二級(jí)孔結(jié)構(gòu),。C-CroPASP還具有良好的氣體吸附性能,其中H2吸附量達(dá)4.43wt%,優(yōu)于大多數(shù)多孔碳材料。由于原位一步法碳化制備C-CroPASP過(guò)程中不需額外的活化劑,避免了洗滌過(guò)程中大量水和酸的使用,對(duì)環(huán)境更友好,而且,結(jié)合了碳化和活化步驟,避免了復(fù)雜的溫度調(diào)整,制備過(guò)程能源需求較低還,。以上工作不僅為降低聚天冬氨酸水凝膠的成本,提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值,拓寬應(yīng)用領(lǐng)域提供了研究基礎(chǔ),還為聚天冬氨酸水凝膠的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用打下了基礎(chǔ),。
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