水滑石型天然防污剂分子容器的构筑及防海洋微生物污损性能研究

海洋污损生物对海洋工程、海洋运输及海水养殖造成严重危害。有机锡等毒性化合物被普遍作为防污剂使用，但这些有毒防污剂严重破坏海洋生态平衡，造成海洋污染，因此被相继禁用或限用。天然生物防污剂具生物可降解性，有利于保持海洋生态平衡，可望代替对环境有害的防污剂。但是，其存在释放速率快、光热稳定性差、制成涂层后活性难以保持的问题，这限制了其的实际应用。本课题针对这个问题，依据分子设计思想，选用层状无机功能材料水滑石作为分子容器，采用插层组装技术制备超分子结构天然生物防污剂分子插层水滑石缓释防海洋微生物污损材料，并在模拟海水中研究其缓释机理，在硫酸盐还原菌存在环境中评价其缓释防微生物污损性能。该类材料可有效解决天然生物防污剂分子光热稳定性差、释放速率快、易失活等缺点，在海洋防污领域是一项新的探讨。该项目的开展对海洋环境中防微生物污损具有重要的科学意义和潜在的应用价值。

本项目根据材料分子设计原则，创制了超分子结构天然产物防污剂插层水滑石缓释防微生物污损材料，充分发挥了水滑石和天然产物防污剂的优势，克服了天然产物防污剂光热稳定性差、释放速率快、易失活、使用寿命短等缺点，获得了防微生物污损性能优良而价格低廉的环保型缓释防微生物污损材料，为环境友好海洋防污材料开发提供了新思路。发表论文19篇，其中SCI收录6篇。申请了5项国家发明专利。培养2名硕士研究生，完成了预期的各项指标。主要研究内容如下：.（1）天然产物防污剂插层水滑石制备及防污性能研究：采用插层组装技术制备出系列天然产物防污剂插层水滑石材料。系统研究了水滑石层板结构和电荷密度及分布，天然产物防污剂种类和结构等对插层组装反应的影响，并采用动力学拟合方法研究了缓释机理。结果表明，层板Mg/Al比为2的水滑石分子容器载药量最大，调变其粒径大小可调控其在海洋环境中的释放行为，对于粒径大于3 微米的水滑石分子容器，其释放行为均符合一级动力学方程，类似于溶解机制；而对于粒径小于2微米的水滑石分子容器，其释放行为符合Bhaskar方程，受粒内扩散控制。组装在层间的天然产物防污剂在海洋环境中可可控释放，有效杀灭海洋污损微生物。.（2）氧化石墨烯/天然产物防污剂插层水滑石纳米复合防污薄膜制备与防污性能研究：利用荷正电的水滑石材料与荷负电的氧化石墨烯之间的静电作用力制备氧化石墨烯/天然产物防污剂插层水滑石纳米复合防污薄膜，复合薄膜微观结构可通过对氧化石墨烯/水滑石质量比的调变加以调控，组装在水滑石层间的天然产物防污剂释放路径变长，与粉体材料相比，其有效释放时间延长5倍；同时得益于其与氧化石墨烯之间的协同抗菌效用，将其置于含有污损微生物的天然海水中后，在作用时间内表面无微生物污损，表现出良好的防污性能。.（3）水滑石/羧甲基壳聚糖仿生纳米复合水凝胶薄膜制备与性能研究：首次合成羧甲基壳聚糖插层水滑石，其可替代有机交联剂与羧甲基壳聚糖复合制备具有高溶胀率、强机械强度和高结构稳定性的水滑石/羧甲基壳聚糖仿生纳米复合水凝胶薄膜材料，复合薄膜微观结构和性能可通过对水滑石/羧甲基壳聚糖质量比加以调控。该仿生纳米复合水凝胶薄膜材料在海洋环境中溶胀后具有仿生防污效果，同时其具有的稳定的三维网络结构还可负载大分子天然防污酶和有机小分子天然产物防污剂，起到复合防污效果。