聚天冬氨酸及其水凝胶材料的合成和性能研究

发布时间：2020-08-10 07:24

【摘要】：聚天冬氨酸(PASP)是备受关注的绿色环保型可生物降解的高分子材料,广泛应用于农业、医药、水处理等各个领域。本论文用顺酐和氨水作为原料,分三步合成PASP,对比研究了固相聚合和液相聚合的工艺过程,并分别对其工艺条件进行了系统探讨。制备并表征了一系列中间体聚琥珀酰亚胺(PSI)和最终产物PASP,红外表征分析结果证明了PASP的成功合成。通过凝胶色谱法和乌氏粘度法对其相对分子量进行了测试,并对产物的产率进行了考察。为了得到最佳工艺条件,对温度、时间、催化剂、溶剂等做了一系列单因素研究实验。结果表明:催化剂对分子量的提高有很大作用,针对液相聚合的特点,使用了一种固体酸催化剂,在最佳工艺条件下合成出的PASP分子量突破10000,且分子量的分布集中。固相聚合使用多次聚合的方式代替了磷酸催化剂的使用,一定程度上提高了PASP分子量,但分子量分布较分散。两种聚合方式所得PASP产率都较高,都能达到95%以上。合成染料的危害巨大,因而对染料废水的净化处理技术的研究具有重大的意义。其中,吸附法以其独特的优势成为染料废水处理的重要手段。而PASP分子中含有羧基、酰胺键等活性基团,具有良好的亲水性和较高的化学活性。这使得PASP对染料具有较好的脱色效果,可作为处理染料废水的材料,但良好的水溶性又使其分离回收困难,容易流失,很难在水处理领域得到广泛应用。因此,需要开发出新的复合材料,扩展PASP在这方面的应用。本论文将PASP作为骨架,在引发剂过硫酸铵和交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺的作用下,与丙烯酰胺、蒙脱土(MMT)等制备出PASP/MMT复合水凝胶。通过FTIR和XRD表征技术证明了PASP/MMT复合水凝胶的成功制备,并对其溶胀性能和吸附性能进行了系统探讨。重点研究了复合水凝胶对亚甲蓝染料的吸附条件和吸附过程,对pH、温度、初始浓度、MMT用量等一系列条件进行了单因素变量研究,以求得到最佳的吸附条件。同时,对吸附过程的吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学进行了探讨。结果表明:该复合材料对亚甲基蓝有较好的吸附效果,最优条件下的去除率可达到99%以上。该水凝胶的吸附行为属于Langmuir型单分子层吸附,动力学行为符合二级模型,吸附过程属于放热反应,降低温度有利于吸附的进行。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU526
【图文】：

分子构型,混合型,聚天冬氨酸

a b c图 1-1 PASP 的分子构型：（a）α型、（b）β型和（c）混合型Figure 1-1. Molecular configuration of PASP: (a)α type, (b)β type and (c) mixed type由聚天冬氨酸的结构式可知，PASP 是一种聚氨基酸并属于多肽类别，具有肽键（-CO-NH-）和羧基（-COOH）等活性基团，这些活性基团使得聚天冬氨酸具有良好的水溶性、亲水性和化学活性，而且在螯合、分散和吸附反应中起着重要的作用[31-34]。同时，聚天冬氨酸还具有很好的生物相容性和生物降解性，可被绿色合成，再加上其衍生物可替代各个领域中众多对环境有危害的传统化学品，并能达到良好的效果。这使得人们在这工业快速发展的时代愈发青睐和关注聚天冬氨酸及其衍生物的相关研究，并开始广泛应用于农业、工业、医药等各个领域[31, 35]。1.2.2 聚天冬氨酸的研究现状聚天冬氨酸最大的特点是绿色无毒、可生物降解，凭借其良好的生物相容性和化学活性，被人们誉为“绿色”产品。伴随着人们环保意识的加强，生物高分子

示意图,聚合反应釜,示意图

向反应液中加入无水乙醇进行沉析，然后通过砂芯滤结束后用乙醇进行洗涤，最后在 70～80 ℃温度下干燥合：称取 20 g 铵盐平铺在瓷舟中，以喷淋的方式加入一然后在烘箱或马弗炉中进行聚合反应，聚合温度为 1804h，反应结束后取出，用研钵进行研磨，得到所需中间生成 PASP：的 PSI 固体粉末于锥形瓶中，加入一定量蒸馏水后进行aOH 溶液调节 pH 至 9～10，在 40℃温度下水解反应的盐酸调节至中性。之后加入无水乙醇萃取分层，取下层温度下干燥后研磨，得到最终产物 PASP 固体粉末。设备固相聚合反应过程中，所使用的反应设备为烘箱和马弗使用的反应设备为三口烧瓶和液相反应釜。其中，液相度很高，其示意图如图 2-2 所示。

乌氏粘度计

浙江工业大学硕士学位论文物分子量的测定氨酸的相对分子量是最为重要的指标之一，相对分子量的域也不一样。一般，低分子量（3000～5000）的聚天冬氨肥料增效剂。而高分子量的聚天冬氨酸产品可用于降粘和备。粘均分子量的测定式粘度法[86]用乌式粘度法测定产物 PASP 的粘均分子量，粘度法所用并有较好的精确度，是测量高聚物分子量的常用方法之一溶剂条件下，测出物质的特性粘数，然后利用高分子的相关系计算出物质的粘均分子量。所用的仪器为乌氏粘度计所示。

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