纳米复合水凝胶可以通过协同或者互补作用结合水凝胶的独特性能与纳米材料的优异性质使之具备新的性能,在药物缓释、催化、生物材料等领域有广泛应用。氧化铁纳米材料,特别是磁性氧化铁纳米材料不仅可以赋予水凝胶磁性,还可以在一定程度上改善水凝胶的强度,磁性纳米粒子小到一定程度时还具有超顺磁的特性,Fe3O4磁性纳米颗粒还具有类过氧化物酶的性质,在污水处理中用来氧化有机污染物质,或者用来作为检测工具替代天然过氧化酶。半纤维素是仅次于纤维素含量的天然高分子资源,具有丰富、无毒、生物可降解等优点。木聚糖作为半纤维素的主要组成成分,其链上的羟基和部分羧基为木聚糖的化学和生物改性提供了各种可能的机会。为了实现木聚糖的高附加值转化,本文采用不同的功能化木聚糖,利用接枝交联技术制备了具有温度快速响应的水凝胶,然后通过原位化学共沉淀法将Fe3O4纳米粒子引入水凝胶三维网络结构中,赋予水凝胶较好的顺磁性。通过反应条件调控,实现水凝胶的智能化和功能化。主要研究内容包括:1、酰化木聚糖基磁性水凝胶的制备及其用于H2O2检测为了提高木聚糖的反应活性,通过酰化改性,制备了易聚合的酰化木聚糖。以酰化木聚糖为原料,以丙烯酰胺(AM)和N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体,以安息香二甲醚(DMPA)为引发剂,在紫外辐射的条件下成功制备了酰化木聚糖基水凝胶。然后通过原位共沉淀法将Fe3O4纳米粒子引入水凝胶网络结构中,形成孔径均匀的酰化木聚糖基磁性纳米复合水凝胶。主要考察了交联剂浓度对Fe3O4纳米粒子及水凝胶性能的影响,及磁性水凝胶在H2O2检测方面的应用。研究结果表明,制备的水凝胶呈现均匀孔洞贯穿的三维网络结构。当交联剂浓度为10.0 wt%时,可获得孔径大小为500 nm左右的水凝胶。水凝胶展现了良好的机械性能(在50%的应变下,压缩应力95 kPa,压缩模量530 kPa)。此外,研究发现水凝胶的交联密度和润胀性能均对Fe3O4的生长尺寸、磁性及负载量有重要影响。当交联剂浓度为7.5 wt%时,可以获得催化活性较高的磁性复合凝胶。在H2O2的存在下,该凝胶可以与四甲基联苯胺(TMB)溶液发生显色反应,对H2O2具备敏感的检测能力,检测下限低至5×10-6 mol/L。2、羧甲基木聚糖致孔的快速响应磁性温敏水凝胶的制备及其光热转换通过醚化反应,将木聚糖改性为具有阴离子的羧甲基木聚糖(CMX),然后以羧甲基木聚糖为致孔剂,以NaCl溶液为反应介质,以NIPAM和AM为接枝单体,通过接枝交联反应,制备了温度响应性的水凝胶。然后通过原位合成手段将Fe3O4纳米粒子引入水凝胶中,形成大孔径的非均相的温度快速响应型的磁性水凝胶。主要考察了水凝胶的网络结构及在不同温度下的溶胀/消溶胀行为和光热性能,还研究了该水凝胶的光热转换性能。研究结果表明,在NaCl和CMX协同下,制备的非均相水凝胶具有均匀的大孔径特性。在水凝胶的制备过程中,NaCl除了作为小分子电解质屏蔽羧甲基木聚糖分子链,还起到相分离的作用。当NaCl浓度高于0.2 mol/L时,在60 oC下水凝胶1 min后的水保留率不足15%,其消溶胀速率最好。由于Fe3O4粒子的存在,赋予了水凝胶良好的机械性能及磁性(交联剂用量为10 wt%时,水凝胶的压缩应力达180 kPa,最大压缩形变达66%)。通过调节AM等亲水性单体,水凝胶的LCST可调控于35~39 oC之间。研究发现该磁性温敏水凝胶还具有良好的光热转化能力,在近红外激光辐照2 min,可以升温至40 oC以上,辐照7 min可从22 oC升温至59 oC。良好的光热转换能力、快速的温度响应及磁铁可控的智能响应行为进一步拓展了磁性复合水凝胶的应用。3、季铵化木聚糖/纳米纤维素增强的磁性水凝胶的制备及其对金属离子吸附性能利用季铵化木聚糖与纳米纤维素分子链上的正负电荷之间静电作用形成交联键,在较低交联剂浓度下,以AM为聚合单体,通过接枝交联和原位合成方法,制备了多重网络结构的高强度磁性水凝胶。主要考察了水凝胶的力学性能及对金属离子的吸附性能。研究发现水凝胶呈现多重的网络结构,其压缩曲线呈J型,当交联剂用量为0.05 wt%,水凝胶的压缩形变为85%时,水凝胶的压缩应力迅速增加至测量极限值(2.5 MPa),随着压缩次数的增加,水凝胶的压缩形变略微增加,经过4次的压缩后依然能够保原来强度的90%以上以及结构的完整性。此外,水凝胶的最大断裂拉伸率为2875%,拉伸断裂强度为73.86 kPa,当以压缩形变为85%,拉伸形变为1500%时,循环压缩拉伸30次后水凝胶依旧能够恢复原来的形状。此外,研究还发现增加季铵化木聚糖或者纳米纤维素的含量都可以提高水凝胶的强度。水凝胶具备良好的磁性,可以受外加磁场的控制,在多种重金属竞争吸附的实验中,各重金属离子竞争吸附的顺序为:Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+。