论文总字数：20871字

摘 要

酚醛树脂凭借廉价、优异的机械性能、合成工艺较为简单等优点广泛用于很多领域。随着科技的不断发展，细胞冻存也属于细胞生物学的重要组成部分。目前的疫苗制作与制药也需要此技术。本文拟用一种酚醛树脂凝胶体系制备多孔碳材料提供细胞冻存所需载体。

本文主要利用酚醛树脂与有机溶剂形成凝胶体系，在高温下受热生成具有多孔通孔结构的碳材料。其致密的多孔结构能够为冻存中的细胞提供有限空间，免于遭受冰冻损伤。其中通过比表面积测试、吸水率测试、扫描电子显微镜、热重分析进行材料表征。最终得到最优温度和一系列有机溶剂凝胶体系物料配比。最后分析了酚醛树脂制备的多孔材料具有廉价、低毒、制备方式简单等优点，并与水凝胶体系做了系统性对比，结论为选用有机溶剂凝胶体系的优点为孔隙率、比表面积等重要参数可以通过不同比例的溶胶体系进行设计，孔隙率范围广，适配性广。

关键词：酚醛树脂；有机溶剂凝胶；多孔材料；细胞冻存

Abstract

Phenolic resin is widely used in many fields by virtue of its low cost, excellent mechanical properties and relatively simple synthesis process.With the development of science and technology, cell cryopreservation is also an important part of cell biology.Current vaccines and pharmaceuticals also require this technology.In this paper, a phenolic resin gel system was used to prepare porous carbon materials for cell cryopreservation.

In this paper, the phenolic resin and organic solvent were used to form a gel system, which was heated at high temperature to produce carbon materials with porous structure.Its dense porous structure provides a limited space for cells stored in the freezer and protects them from freezing damage.The material was characterized by specific surface area test, water absorption test, scanning electron microscope and thermogravimetric analysis.Finally, the optimal temperature and material ratio of a series of organic solvent gels were obtained.Preparation of porous materials in the final analysis the phenolic resin has the advantages of cheap, low toxicity, simple preparation method, and compared with hydrogel system made a systemic and conclusion to choose the advantages of organic solvent gel system important parameters such as porosity, specific surface area can be designed by different proportions of sol system, with a range of porosity, suitability is wide.

Key Words：Phenolic；Organic solvent gel；Porosint；Cryopreservation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题的背景 1

1.2 多孔结构 1

1.2.1多孔结构的特性 1

1.2.2多孔结构的研究进展 2

1.3 酚醛树脂 6

1.3.1酚醛树脂的特性 6

1.3.2 酚醛树脂凝胶的应用机理 7

1.4 课题的提出及研究内容 7

1.4.1 课题的提出 7

1.4.1 研究内容 8

第2章 实验部分 9

2.1 拟实验原料 9

2.2 拟实验流程 9

2.3 拟测试方法 10

2.3.1 扫描电子显微镜（SEM） 10

2.3.2 比表面积测试 10

2.3.3 热重分析（DTG） 10

第3章 多孔结构理论分析与讨论 12

3.1 制备条件对孔隙率和比表面积的影响 12

3.2 有机溶剂配比与种类选择对材料成型的影响 12

3.3 酚醛树脂基多孔碳在细胞冻存的可行性分析 13

3.4 酚醛树脂基多孔碳在选择溶剂方面的讨论 13

第4章 结论与展望 14

4.1 结论 14

4.2 展望 14

参考文献 15

致 谢 18

第1章 绪论

1.1 选题的背景

酚醛树脂凭借具有一定的力学性能、耐热性、低毒，易于与其他高聚物共混共聚而广泛应用于航天、航空、交通、机械、运输、电器元件等各个领域。酚醛树脂的国内市场早在上世纪80～90年代已经有了较快的发展, 出现了广阔的市场供需求。产能早在2006年就达到45万t，2010 年酚醛树脂的市场消费量将达到 78.7 万 t国内酚醛树脂的消费量将以 15 %的速度增长,2010 年酚醛树脂的市场消费量达到78.7万t[1]。一般利用苯酚的需求与产量关系来衡量酚醛树脂的市场容量，我国2016年内苯酚生产总量增长到192.9万t, 生产能力达到246.2万t。其中, 苯酚用于生产酚醛树脂消耗89.4万t, 占苯酚需求量的41.7 %[2]。我国2017年内苯酚生产总量少量增幅到198.7万t, 生产能力不变为246.2万t。其中,苯酚用于生产酚醛树脂消耗89.0万t, 占苯酚需求量的39.2 %[3]。可见随着近年来科学工作者与生产方式转向更清洁的方式，酚醛树脂在不断被更环保的其他材料所代替，生产量、生产需求预计在未来几年有所下降：产量占比已经出现占比下降的现象。

2019年年末出现全球性爆发的新型冠状病毒（COVID-19），引起全世界密切关注，并由我国科学家率先测得新型冠状病毒（COVID-19）的基因序列[4]。在与病毒斗争的半年来，多国科学家对新型冠状病毒的致病机理、生物毒性、结构特征与传播途径等进行研究。病毒是一种寄生于细胞内的传染性亚显微粒子，研究病毒的基础是细胞培养，在进行病毒致病机理的过程会利用到不同种细胞，进行细胞筛选和分类过程中常常会利用到细胞冻存。在其他的一些课题中尤其是侧重于神经细胞的细胞冻存课题[5]。本课题希望利用一种新型酚醛树脂作为细胞冻存载体来降低冻存过程中的细胞损伤。

1.2 多孔结构

目前普遍认为多孔材料一般为材料内部存在多孔结构的固体，材料内部的空洞可为相互通透或为封闭，浅显的分为二维结构与三维结构。其中二维结构一般是多边形孔在二维方向上的不断重复，孔洞的边界一般由平面或支撑机构构成，例如最典型的“蜂巢”材料，目前此材料在生物工程、制药、化工与能源领域已有应用[6]；更为应用广泛的是由大量无规则多面体形状的孔洞在三维空间罗列堆叠而形成的无规则多孔材料，普遍称为“泡沫材料”。

1.2.1多孔结构的特性

多孔材料具有一定的机械性能^[7]，一般侧重于对于金属多孔材料机械性能的研究。多孔结构所制成的零件，在保证力学性能强度和相应机械性能的前提下，又能较常用材料减少体积占据、密度等。常运用于需要提供强度但质量轻体积占比小的场合，例如航空、航天和交通等。另外一定材质的多孔材料可以提供一定强度的冲击韧性，具有低结构密度、低质量、优秀的耐撞击性能，在满足安全的前提下还能做到隔音、防火、保温等附加特性。因此运用与汽车工业、船舶与航空等领域^[8]。

相比其他结构的材料多孔材料具有非常优秀的吸附性能。由于不同类型的气体或液体分子分子直径、热运动、分子自由度各不相同，可利用此特性制备适用于提纯不同物质的多孔材料，并且可以多次反复的利用。据最近文献，Liang Li^[9]等人利用甲基叔丁基醚(MTBE)树脂合成了一种高比表面多孔碳球材料用于吸附和提纯混合染料中的亚甲基蓝（MB）。凭借可反复利用的特点广泛应用于工艺提纯、水处理、环境监测等领域。

多孔材料具有阻波性能。借由多孔材料有着较大的比表面积和一定的孔隙率，增加了声波、机械波、冲击波在传播过程出现的反射、折射和衍射的可能性。所以利用这一特性在此过程中合理设计通道结构可以达到很好的阻波效果，常常用于隔音、耐震和抗爆炸冲击波等领域。

特定材质的多孔材料具备一定的光电性能^[10]。利用这一特性特殊的多孔材料例如多孔硅^[11]材料可以制作电子元件。并且由于多孔材料具有较高的比表面积，在电池中可以充当电池电极。有望应用与新型燃料电池中，为新型混合能源车辆提供动力。

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