基于pmmacmc三維陣列的二氧化硫光子晶體膜的制備

基于pmmacmc三維陣列的二氧化硫光子晶體膜的制備

1污染源和檢測(cè)近年來(lái)，生態(tài)環(huán)境的保護(hù)越來(lái)越受到重視，環(huán)境生境的管理無(wú)疑是一項(xiàng)重要因素。在大氣污染物中,硫氧化物氣體是主要的污染源,包括二氧化硫(SO光子晶體傳感器檢測(cè)有害氣體近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。1987年,Yablonovitch羧甲基纖維素鈉是一種具有高聚合纖維素醚結(jié)構(gòu)的纖維素衍生物,因其無(wú)味、無(wú)嗅、無(wú)毒、不易燃、對(duì)光、熱都很穩(wěn)定,在生物,醫(yī)藥,日化等工業(yè)方面得到了廣泛的應(yīng)用,也成為了光子晶體的良好的固定載體2實(shí)驗(yàn)部分2.1儀器、儀器和測(cè)試S-4800掃描電鏡(日本Hitachi公司);HWS-ISO智能恒溫恒濕箱(寧波海曙賽福實(shí)驗(yàn)儀器廠);Avaspec-2048TEC微型光纖光譜儀,配有AvaLight-DH-S-BAL光源和FC-UV600-2-SR光纖(北京愛(ài)萬(wàn)提斯科技有限公司);RW20數(shù)字?jǐn)嚢杵骱虲-MAGHS7控溫儀(德國(guó)IKA公司);TDL-60B離心機(jī)(上海Anke公司);TS-8轉(zhuǎn)移脫色搖床(海門(mén)市麒麟醫(yī)用儀器廠);SCQ-5201超聲清洗儀(上海聲彥超聲儀器有限公司);AWL-0502-U艾科浦純水系統(tǒng)(美國(guó)艾科浦公司);SGNK-500氮?dú)獍l(fā)生儀(北京眾江成科技公司)。甲基纖維素(MC)、羧甲基纖維素(CMC)(分析純,上海晶純生化科技股份有限公司);甲基丙烯酸甲酯(Methylmethacrylate,MMA)(分析純,北京百靈威科技有限公司);濃H2.2實(shí)驗(yàn)方法2.2.1kps的制備將250mL四口燒瓶洗凈吹干,加入139mL超純水,水浴加熱,待反應(yīng)溫度上升到75℃時(shí),加入23mL用堿性氧化鋁去除阻聚劑的單體MMA。待反應(yīng)溫度上升到80℃時(shí),加入0.3g引發(fā)劑KPS,引發(fā)劑需提前溶于5ml超純水中。通氮?dú)庖好嫦路磻?yīng)5min,液面上反應(yīng)40min,反應(yīng)過(guò)程中一直維持300r/min的機(jī)械攪拌和冷凝回流。反應(yīng)完成后,產(chǎn)物經(jīng)6000r/min離心并用超純水洗滌3次,備用。2.2.2三維pmma膠體矩陣的制備采用垂直自組裝的方法制備三維PMMA膠體陣列2.2.3纖維素膜的制備(1)蛋白石型羧甲基纖維素膜的制備稱(chēng)取0.75g羧甲基纖維素鈉粉末分散于10g無(wú)水甲醇中,稱(chēng)取20g超純水加入其中,并攪拌使其均勻溶解,然后用封口膜密封容器,靜置除氣泡待用。采用毛細(xì)滲透法制備纖維素光子晶體膜。首先挑選陣列完整,排列較好的三維陣列面向上放在潔凈的玻璃板上,在陣列上方蓋一片干凈的玻璃片,從玻璃片側(cè)面用膠頭滴管滴加纖維素膜液,由于毛細(xì)滲透作用,膜液能夠在陣列中均勻滲透。一段時(shí)間后,滲透完全,去掉蓋在上面的玻璃板,再滴加適量纖維素膜液,使其具有一定的厚度。將其放入恒溫箱中,60℃,加熱固化2h,然后將其泡入無(wú)水甲醇中,膜自然脫落。(2)反蛋白石型羧甲基纖維素膜的制備將蛋白石型羧甲基纖維素膜的模板刻蝕掉,便可制成反蛋白石型羧甲基纖維素膜。本研究選用溶解法,采用模板分子PMMA的良溶劑甲苯將模板去除。取適量甲苯溶液,將制備好的蛋白石型纖維素膜浸泡其中,并擺放在搖床上搖晃保證模板刻蝕的均勻性。一段時(shí)間后將膜取出,自然風(fēng)干,得到光澤良好的反蛋白石膜。2.2.4抗蛋白石羧甲基纖維膜材料的制備DMSO對(duì)SO2.2.5光子晶體反滲透膜的制備控制密閉容器中的空氣濕度較高時(shí)將制備好的光子晶體膜放入密閉透明容器中,利用光纖光譜儀記錄反射峰的初始位置,然后向密閉容器中充入適量SO3結(jié)果與討論3.1維金屬薄膜的表征圖2A、2B和2C分別為三維PMMA膠體陣列(315nm)、蛋白石型羧甲基纖維素光子晶體膜(315nm)和反蛋白石型羧甲基纖維素光子晶體膜(256nm)的掃描電鏡(SEM)圖,圖2D為三維PMMA膠體陣列、蛋白石型羧甲基纖維素膜、反蛋白石型羧甲基纖維素膜的反射光譜圖和實(shí)物圖。由圖2可知,三維陣列、蛋白石型和反蛋白石型纖維素膜均為緊密堆積排列有序的結(jié)構(gòu),并且反射峰明顯,峰型良好。反蛋白石膜孔徑與蛋白石膜粒徑相比有一定程度的減小,是因?yàn)樵诔０逯?纖維素膜有所收縮。反蛋白石膜與蛋白石膜相比,反射峰有一定程度的藍(lán)移,這是因?yàn)樵谌コ０宓臅r(shí)候,由空氣代替小球,折射率發(fā)生變化。3.2dmso對(duì)反蛋白石膜的抑制作用分別利用DMSO對(duì)蛋白石型和反蛋白石型羧甲基纖維素膜進(jìn)行改性。將蛋白石膜浸泡在DMSO溶液中,膜變?yōu)橥该?一段時(shí)間后撈出,膜未恢復(fù)原來(lái)的結(jié)構(gòu)色。將反蛋白石膜浸泡在DMSO溶液中,膜變?yōu)橥该?撈出后自然風(fēng)干,膜仍然保持原來(lái)明亮的結(jié)構(gòu)色。由圖3A可見(jiàn),DMSO破壞了蛋白石膜的有序結(jié)構(gòu),雖然對(duì)小球有一定的溶解作用,但并未形成有序的孔洞。由圖3B可見(jiàn),DMSO改性未破壞反蛋白石膜的緊密排列的有序結(jié)構(gòu),故結(jié)構(gòu)不變,由圖3C可見(jiàn),改性前后膜的反射峰位置沒(méi)有變化,峰形有所改善。3.3不同的膜對(duì)so在一定體積的密閉透明空間中注射純度>99%的SO3.3.1蛋白石羧甲基纖維膜對(duì)so蛋白石膜吸附了一定量SO3.3.2反蛋白石結(jié)構(gòu)將蛋白石膜浸泡在甲苯或者丙酮溶液中去除模板后,變?yōu)橹锌盏姆吹鞍资Y(jié)構(gòu)。反蛋白石的多孔結(jié)構(gòu)更有利于氣體的吸附,從而引起更大的反射峰移動(dòng)和顏色變化。當(dāng)SO反蛋白石膜與蛋白石膜相比,