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本课题采用微生物发泡的方法,以酵母菌为发泡剂,以合成高分子PVA为基体,采用两种具有不同结构的纤维素,即羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)与之共混形成发泡体系,结合循环冷冻-解冻的方法,制备了两种多孔水凝胶。通过单因素试验与正交试验筛选了最佳发泡条件。以傅立叶红外变换光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验拉力机等对两种多孔水凝胶的结构进行了表征、性能进行了测试。以亚甲基蓝为吸附模型,结合等温吸附模型和动力学模型分析了两种多孔复合水凝胶的吸附过程。主要结果如下:(1)采用酵母菌发泡法制备的PVA/CMC、PVA/HEC多孔复合水凝胶内部呈现大孔套小孔的开孔结构。PVA/CMC多孔复合水凝胶最佳发泡条件为:温度31℃,酵母菌与葡萄糖的比例为2.8/1,时间60 min,PVA/CMC 1/0.7;PVA/HEC多孔复合水凝胶最佳发泡条件为:温度32℃,酵母菌与葡萄糖的比例为2.8/1,时间60 min,PVA/HEC 1/1.4,PVA聚合度为1700。二者均具有快速吸水性响应性,PVA/HEC多孔复合水凝胶吸水速率较快,在20s左右达到溶胀平衡,最高平衡溶胀率可达1631.9%,具有良好的吸水和保水性。(2)微生物发泡PVA/CMC多孔复合水凝胶与PVA/CMC复合材料相比,其压缩强度和极限抗压应力分别由2.5、1.2 MPa提高至7.6、3.8 MPa。PVA/CMC复合材料呈现两个阶段的失重,分解温度分别为260℃和430℃左右。酵母菌发泡PVA/CMC多孔复合干凝胶呈现一个阶段的热失重,最大分解温度为319℃;微生物发泡PVA/HEC多孔复合水凝胶,与其简单的复合材料相比,其压缩强度和极限抗压应力分别由9.7、4.8 MPa提高至13.2、6.4 MPa,热失重阶段由3个变为2个,第一阶段分解温度从280℃提高至335℃,说明该材料的热稳定性、力学性能均有所提高。(3)采用循环冷冻-解冻的方式均可使这两种水凝胶固定气孔、交联成型。发泡过程中,酵母菌均匀分散于发泡体系中,经过短暂的调整适应,10min后,能够通过SEM观察到酵母菌已开始发泡,30 min后形成大孔套小孔的多孔结构。再通过循环冷冻-解冻过程,使得酵母菌发酵产生的气孔固定到水凝胶中,通过PVA与CMC、PVA与HEC分子间的物理缠结点、氢键以及微晶区为交联点,多孔复合水凝胶物理凝胶化成型。(4)以亚甲基蓝为吸附模型,探究这两种水凝胶的吸附性能。根据FTIR、SEM、XPS分析结果,酵母菌发泡PVA/CMC、PVA/HEC多孔复合水凝胶内部小孔孔壁上附着有酵母菌,由于酵母菌本身具有一定的吸附性能。因此,采用酵母菌发泡的方法,不仅向水凝胶成功引入多孔结构,而且将酵母菌固定于孔壁上。结果表明,与单一的PVA水凝胶、PVA/CMC、PVA/HEC复合材料相比,吸附性能明显提高。二者对亚甲基蓝的吸附动力学行为比较符合准二级动力学模型,360 min后吸附趋于平衡。采用Langmuir模型能够较好地描述等温吸附行为,相关系数的平方(R~2)均大于0.99。