磁性高分子材料制备

Fe3O4@C复合材料的制备及其在处理含铬废水处理中的应用
一仪器试剂
仪器：三颈圆底烧瓶（250ml+500ml）球形冷凝管电动搅拌器电热棒（温度可控性能）温度计分液漏斗（250ml）
扫描电子显微镜（测半径）红外光谱仪（表征羧基）恒温鼓风干燥箱超声波清洗机
试剂（分析纯）：苯乙烯（98%，需考虑聚合度）丙烯酸（99%）聚乙二醇（M=4000/5000）油酸钠（分散剂）过氧化苯甲酰（引发剂）氮气 N-N’——亚甲基双丙烯酰胺（交联剂）
二实验步骤
磁流体的制备：其基本原理是将物质的量比为2∶1的三价铁盐和二价铁盐溶液混合，然后用碱液来沉淀混合溶液生成Fe3O4磁性粒子。

Fe2++2Fe3++8OH-——>Fe3O4+4H2O
1．含羧基磁性高分子微粒的制备（分散聚合法）
①磁流体制备及表面改性：聚乙二醇（配位键或氢键物理吸附）
取纳米级磁粉5g分散在10%PEG溶液中，超声分散，即得磁流（建议对磁流体先进行表征）
把制得的磁流体(MF)4mL（磁流体用量增加所得微粒粒径小，但当其两过高，会使微粒之间磁性作用增强而聚结在一起，分散稳定性变差）分散在30mL10%的PEG6000溶液中，加入36mL无水乙醇和6mL水的混合液中（随着分散介质中无水乙醇含量的增加，微球粒径逐渐增大，粒径分布更为均匀，当me/mw=85/15时，所制得的聚苯乙烯高分子微球
粒径分布均一，单分散性好，为最佳的分散介质组成），移入带有搅拌器，冷凝管，氮气入口的250mL三颈瓶中，加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺 ml（用量不能超过单体4%）。

在氮气的保护下，升温至60±1℃,恒温搅拌30min（500rpm）。

②聚合反应：聚苯乙烯—丙烯酸
C6H5-CH=CH2+CH2=CHCOOH→C6H5CH2-CH2-CH2 -CH2-COOH
(苯乙烯预处理:将苯乙烯用5%的氢氧化钠溶液反复洗涤直至没有红色，然后加入适量的无水氯化钙，静置过夜后在旋转蒸发仪上减压蒸馏，得到不含阻聚剂(对苯二酚)，纯度高的苯乙烯，密封后置于冰箱中保存。

)
保持上述条件不变，依次加入过氧化苯甲酰2g，（用量为单体用量3%市，均一单分散性好，对粒径分散影响不大）搅拌速度约为500rpm （是否太快，不利于微粒的生成) , 苯乙烯5mL 、丙烯酸1 mL 保持氮气气流, 其余条件保持不变, 反应8h , 所得产物静置, 用蒸馏水
反复洗涤, 再用盐酸调节p H = 1 , 浸泡24h , 静置。

再用蒸馏水反复洗涤，除去未包覆的Fe3O4磁粉。

把沉淀下来的产品放入真空干燥箱中50℃下干燥24h，得到棕色的磁性(聚苯乙烯一丙烯酸)高分子微球。

（注意：反映时间9-12小时，乙醇含量大于%50）
参考结论：
1.引发剂、温度、单体用量的增加使聚苯乙烯微球的粒径增大，分散稳定剂用量的增加使聚苯乙烯微球的粒径减小，分散介质中无水乙醇含量的增加，使聚苯乙烯微球的粒径增大。

2.温度、单体用量的增加使聚苯乙烯微球的粒径分布变宽，分散稳定剂是影响聚苯乙烯微球粒径分布的主要因素，随着分散稳定剂量的增加，微球粒径分布变窄。

3.最佳的分散聚合条件为:引发剂为单体用量的3%，分散稳定剂为单体用量的10%，聚合温度为70℃，分散介质中无水乙醇的含量为85%。

4.交联剂的加入使苯乙烯和丙烯酸以及苯乙烯自身之间产生了更多的交联结构，这种交联结构在Fe3O4的表面生成，使聚合高分子材料对Fe3伍颗粒的包裹更牢固、更稳定，可避免磁性高分子微球中的Fe3认在机械振荡中脱落，同时避免了在包裹不紧密时Fe3O4被高浓度酸溶剂溶解
交联剂用量增加有利于微球表面羧基含量的增加，这是由于交联剂的增加有利于形成更多的交联结构，将更多的功能基单体丙烯酸交联在Fe3O4颗粒的表面，从而使表面梭基含量增加。

实验中又发现当
交联剂的用量超过单体用量的4%之后，将会使体系产生凝胶甚至发生结块，不利于微球的形成。

这是过多的交联剂会使聚合物的相对分子量增大，粘度变大，颗粒更容易粘结在一起。

所以，交联剂的用量不宜过多应以单体用量的4%为
2．产物性能的表征
①微粒半径的测量（扫描电子显微镜）
②羧基的表征（红外光谱，证明为简单物理包裹）
③磁性的表征（外加磁场测速）
④耐酸碱性表征（必须考虑吸附溶液的环境）。