羥丙基甲基纖維素衍生物的合成及性能研究

柴翠元，董海麗，楊 朝

(淮南聯(lián)合大學(xué) 化工系，安徽 淮南 232028)

0 引言

在進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的合成過(guò)程中，需要結(jié)合羥丙基甲基纖維素衍生物的催化劑前體和配體的比例特征進(jìn)行電化學(xué)性能分析，建立羥丙基甲基纖維素衍生物化學(xué)結(jié)構(gòu)模型。對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物的目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)性能檢測(cè)，研究羥丙基甲基纖維素衍生物的合成方法及性能測(cè)試受到人們的極大關(guān)注[1]。對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物的合成性能分析是通過(guò)有機(jī)合成中間體的特征分析實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)羥丙基甲基纖維素衍生物的烯丙基硼酸分布特征信息，以順丁烯二酸H2FUM、對(duì)苯二甲酸H2BDC和二羧酸H2BPDC作為配體，與INOL 衍生物進(jìn)行催化活性分析，結(jié)合烯丙基氯化鈀(II)二聚體的氧化特性，進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的催化活性分析，提高羥丙基甲基纖維素衍生物分子的活性，從而提高羥丙基甲基纖維素衍生物吸光度。本文分析羥丙基甲基纖維素衍生物的合成及性能測(cè)試，結(jié)合對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征分析，進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的人工合成及制備方法研究，在鈀配合物的作用下，實(shí)現(xiàn)羥丙基甲基纖維素衍生物的配合物特征分析，提高羥丙基甲基纖維素衍生物的催化能力及電解活性，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得出有效性結(jié)論。

1 羥丙基甲基纖維素衍生物的結(jié)構(gòu)分析及合成方法

1.1 羥丙基甲基纖維素衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物的合成及性能研究，首先分析羥丙基甲基纖維素衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型[2]，纖維素衍生物的正價(jià)結(jié)構(gòu)特征有+2、+3、+4，由于羥丙基甲基纖維素衍生物的不同配位體，如順丁烯二酸H2FUM配位體、對(duì)苯二甲酸H2BDC配位體和二羧酸H2BPDC配位體具有不同的配位鍵，根據(jù)羥丙基甲基纖維素衍生物的內(nèi)氫斷裂C-O鍵的結(jié)構(gòu)形式，分析羥丙基甲基纖維素衍生物通過(guò)催化合成Poly(NIPAM-CO-B18C6Am)的分子結(jié)構(gòu)模型[3]，得到羥丙基甲基纖維素衍生物的簇聚能環(huán)結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 羥丙基甲基纖維素衍生物的簇聚能環(huán)結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)圖1所示的羥丙基甲基纖維素衍生物的簇聚能環(huán)結(jié)構(gòu)分布，進(jìn)行衍生物的基化反應(yīng)分析，引入磁性納米氧化鐵γ-Fe2O3/RGO為催化劑，在氧化加成反應(yīng)作用下，羥丙基甲基纖維素衍生物的基化反應(yīng)為：

Fe2++ 2Fe3++ 8OH-→ Fe3O4+ 4H2O

(1)

n (Fe2+)：n (Fe3+)：n (OH-)=1：2：8(摩爾比)

1.2 合成原理分析

為進(jìn)一步分析羥丙基甲基纖維素衍生物的分子拓?fù)湫螤罴昂铣稍?，在超分子組裝結(jié)構(gòu)模式下，對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物進(jìn)行配位鍵檢測(cè)，使用四氫呋喃作為催化劑[4]，采用手性二硼酸酯作為衍生物，進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的電荷的分離效率分析，分析羥丙基甲基纖維素衍生物合成的主要反應(yīng)如下：

C+CO2←→2CO

(2)

C+H2O←→CO+H2

(3)

CH4+H2O←→CO+2H2

(4)

CH4+2H2O←→CO2+4H2

(5)

CH4(g)+CO2(g)←→2CO(g)+2H2(g)

(6)

通過(guò)上述化學(xué)反應(yīng)分析[5]，得到羥丙基甲基纖維素衍生物合成的形貌圖如圖2所示。

圖2 羥丙基甲基纖維素衍生物的合成形貌圖

根據(jù)圖2的合成形貌圖得知，引入CdS合成羥丙基甲基纖維素衍生物，以γ-Fe2O3/RGO為合成催化劑。圖(b)可以看出，CdS 纖維素粒子吸附度較低，粒子吸附性較差，難以合成羥丙基甲基纖維素衍生物。引入γ-Fe2O3/RGO 作為合成反應(yīng)的催化劑，圖(c)可以清楚地看出，γ-Fe2O3/RGO復(fù)合物作為羥丙基甲基纖維素衍生物的主要官能團(tuán)，含氧基團(tuán)的特征峰強(qiáng)度具有顯著增強(qiáng)性，具有明顯的吸收峰，γ-Fe2O3/RGO的光吸收特性有利于羥丙基甲基纖維素衍生物的光催化活性反應(yīng)；CdS 纖維素粒子通過(guò)光催化活性反應(yīng)，能夠更好的吸附合成羥丙基甲基纖維素衍生物[6]。

圖3 羥丙基甲基纖維素衍生物的合成示意圖

2 化學(xué)性能的研究

2.1 羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光度特性分析

采用三苯基膦作為配體進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的氫鍵配位合成，構(gòu)建羥丙基甲基纖維素衍生物的基化反應(yīng)模型，采用呋喃或乙醚作溶劑進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)分析，采用光譜特征分析方法，進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的手性磷酸催化合成，在進(jìn)行10min、20min、40min和60min的反應(yīng)作用下，分析羥丙基甲基纖維素衍生物的光譜特征并進(jìn)行合理性篩選[7]，以甲苯作為最適合的反應(yīng)溶劑，進(jìn)行羥丙基甲基纖維素的SPINOL 衍生特征分析，得到吸光度分布如圖4所示。

圖4 羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光度分布

由圖4可以看出，羥丙基甲基纖維素衍生物在光波長(zhǎng)為550nm時(shí)吸光度開(kāi)始降低，在550nm波長(zhǎng)以后，羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光度急劇下降，并且吸附時(shí)間越長(zhǎng)，羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光度越差。為了提高羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光度，需要對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物的催化機(jī)理進(jìn)行研究，并優(yōu)化其催化性能，提高羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光度。

2.2 羥丙基甲基纖維素衍生物的催化機(jī)理研究

以Zr為金屬中心,對(duì)苯二甲酸H2BDC為有機(jī)配體的UiO-66具有較好的熱穩(wěn)定性，光催化降解活性表現(xiàn)為先上升后下降。在上述分析羥丙基甲基纖維素衍生物的合成機(jī)理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的催化機(jī)理分析，采用光譜分析法，得到羥丙基甲基纖維素衍生物內(nèi)氫在400nm-800nm光譜上的C-O鍵拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物的催化合成，得出UiO-66(Zr)四分體結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合光催化、光電化反應(yīng)過(guò)程，用磁鐵將催化劑吸出，根據(jù)羥丙基甲基纖維素衍生物的光生電荷的復(fù)合特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物內(nèi)氫斷裂C-O鍵四分體快速檢測(cè)。結(jié)合對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光程度的催化判斷結(jié)果，進(jìn)行吸附能力熱穩(wěn)定性判斷，在離子交換作用下，采用稱重法測(cè)定合成的羥丙基甲基纖維素衍生物的催化特性，通過(guò)共價(jià)鍵與有機(jī)分子結(jié)合[8]，在1,4-二氧六環(huán)中續(xù)以200 mL·min-1的速度進(jìn)行NI衍生物的溶解性測(cè)試，對(duì)用于負(fù)載藥物的羥丙基甲基纖維素聚合物，采取芘熒光探針?lè)ㄟM(jìn)行催化反應(yīng)及合成，分析HA-NI6.5 膠束的 TEM 圖[9]，得到羥丙基甲基纖維素衍生物的催化反應(yīng)聚集形態(tài)圖如圖5所示。

圖5 羥丙基甲基纖維素衍生物的催化反應(yīng)聚集形態(tài)圖

2.3 反應(yīng)條件的優(yōu)化

根據(jù)羥丙基甲基纖維素衍生物的催化機(jī)理，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化分析[10]。當(dāng)聚合物達(dá)到臨界膠束狀態(tài)時(shí)，在疏水作用力下，進(jìn)行γ-Fe2O3/RGO聚合物鏈優(yōu)化，采用超聲法制備羥丙基甲基纖維素衍生物的醛類底物，形成烯丙基鈀中間體。在聯(lián)硼酸頻納醇酯發(fā)生離子反應(yīng)的同時(shí)分離中間產(chǎn)物，以脂肪醛和甲氧基肉桂醛作為催化劑，在苯甲醛衍生物的電中性或吸電子取代基中進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的反應(yīng)條件優(yōu)化控制[10]，構(gòu)建高烯丙醇產(chǎn)物的配體反應(yīng)模型。在催化條件優(yōu)化下羥丙基甲基纖維素衍生物的室溫磁滯回線如圖6所示。

圖6 催化條件優(yōu)化下羥丙基甲基纖維素衍生物的室溫磁滯回線

分析圖6可知，磁化強(qiáng)度M隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度H的增加而增加，說(shuō)明催化劑的活性得到了提高。

3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

CdS/RGO/γ-Fe2O3為合成羥丙基甲基纖維素衍生物的催化劑，在催化強(qiáng)度優(yōu)化后，分析羥丙基甲基纖維素衍生物的合成性能，分析CdS及γ-Fe2O3/RGO催化活性，實(shí)驗(yàn)樣本基礎(chǔ)配方見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)樣本基礎(chǔ)配方

測(cè)試在不同光譜強(qiáng)度下羥丙基甲基纖維素衍生物的光催化活性，得到測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 羥丙基甲基纖維素衍生物的光催化活性測(cè)試結(jié)果

分析表2得知，在優(yōu)化的羥丙基甲基纖維素衍生物反應(yīng)條件下，隨著光譜強(qiáng)度提升，羥丙基甲基纖維素衍生物基質(zhì)溶劑的電極峰值逐漸提升，說(shuō)明光生電子具有足夠強(qiáng)的還原能力，得到的羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光性較強(qiáng)。

進(jìn)一步測(cè)試羥丙基甲基纖維素衍生物的化學(xué)穩(wěn)定性，采用X-射線衍射儀(XRD, D8 AD)進(jìn)行羥丙基甲基纖維素衍生物的光譜特征掃描，在60 mL 5 mg/L的聚丙烯胺鹽酸鹽(PAH)(1 g·L-1)溶液中攪拌3h，進(jìn)行電離反應(yīng)測(cè)試，得到結(jié)果如圖7所示。

圖7 羥丙基甲基纖維素衍生物的吸附活性測(cè)試

圖7(a)為反應(yīng)條件優(yōu)化前的羥丙基甲基纖維素衍生物分子的電離反應(yīng)示意圖，圖7(b)為反應(yīng)條件優(yōu)化后的羥丙基甲基纖維素衍生物分子的電離反應(yīng)示意圖。分析圖7得知，在優(yōu)化反應(yīng)條件后，γ-Fe2O3/RGO的催化能力得到了提高，提高了羥丙基甲基纖維素衍生物中的γ-Fe2O3官能團(tuán)的電離還原能力，是γ-Fe2O3官能團(tuán)能夠從電解質(zhì)中電離出來(lái)，提高了羥丙基甲基纖維素衍生物分子的吸附活性，從而提高了羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光度。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合γ-Fe2O3/RGO復(fù)合物催化劑前體和CdS配體來(lái)合成羥丙基甲基纖維素衍生物。進(jìn)行電化學(xué)性能分析，吸光度特征分析。結(jié)合對(duì)羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光程度的催化判斷結(jié)果，進(jìn)行吸附能力熱穩(wěn)定性判斷，羥丙基甲基纖維素衍生物的室溫磁滯回線在離子交換作用下，測(cè)定合成的羥丙基甲基纖維素衍生物的催化特性，提高催化劑活性和降解活性，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)條件的優(yōu)化。試驗(yàn)分析得出，采用上述的提升催化劑活性的方法合成羥丙基甲基纖維素衍生物，得到衍生物分子的吸附活性較強(qiáng)，從而提高了羥丙基甲基纖維素衍生物的吸光度。