淀粉基炭材料及膜材料的制备及性能研究

发布时间：2017-08-02 15:33

  本文关键词：淀粉基炭材料及膜材料的制备及性能研究

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【摘要】：淀粉是一种来源丰富、绿色环保的天然多糖,可以在多种领域作为化石能源的替代品。多孔炭材料在吸附、催化、电化学等领域都有着广泛的应用,淀粉经过催化炭化可以得到性能优良的多孔炭材料,同时可与二维纳米粒子复合,获得具有多重性能的复合材料。淀粉还能够作为包装材料的天然原料,缓解环境污染及资源枯竭等问题。但天然淀粉水敏感性较高、机械性能较差,这大大限制了其应用,因而需要通过改性的手段获得性能更优的改性淀粉。以玉米淀粉和蒙脱土为原料,组合溶胶凝胶和催化炭化技术制得多孔炭材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱分析(FT-IR)对材料进行表征。对复合炭材料的亚甲基蓝的吸附性能及其离子交换性能进行了考察,实验结果表明,蒙脱土和淀粉以插层形式复合,形成片层状结构,所得复合材料对亚甲基蓝有更高的吸附速率和吸附量,同时拥有优良的离子交换性能,在水处理领域应用前景十分广阔。次氯酸钠作为氧化剂与马铃薯淀粉在碱性条件下制备氧化淀粉,探究了不同的反应时间、氧化剂用量、反应pH等条件对所得氧化淀粉羧基含量、淀粉糊透明度的影响。并以甘油为塑化剂制备氧化淀粉膜,探究不同氧化条件对其成膜性能的影响。根据淀粉膜的性能确定了最佳氧化条件：反应时间为2h,次氯酸钠用量为7mL,反应pH为8.3,反应温度为40℃。由扫描电镜结果可知,马铃薯淀粉经次氯酸钠氧化后,淀粉颗粒变小且更均匀,氧化淀粉膜具有更加均一致密的结构。与原淀粉对比,氧化淀粉的粘度显著降低,成膜性较好,拉伸强度提高到原淀粉膜的三倍,淀粉膜的阻隔性也得到了显著的改善。环氧丙烷与木薯淀粉在碱性条件下反应制备羟丙基淀粉,通过改变环氧丙烷的用量,得到了取代度不同的羟丙基淀粉。与木薯原淀粉对比,羟丙基淀粉的糊透明度及抗回生性有了显著的改善,透明度达到60%,粘度保持在300-350 mPa.s之间。木薯淀粉经过醚化后,淀粉膜的断裂伸长率得到了显著的改善,拉伸强度有一定程度的下降,因此淀粉膜的总体韧性相比原淀粉膜得到了提升。当取代度为0.17时,淀粉膜的韧性提高到原淀粉的1.5倍,大大改善了木薯原淀粉膜脆性大、柔韧性差的缺点。羟丙基淀粉膜也表现出更高的阻隔性,相对原淀粉具有更加均一致密的结构。
【关键词】：多孔炭材料 复合材料 改性淀粉 膜材料
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TS236.9;TB383.2
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 淀粉的结构及性质12-14
• 1.1.1 淀粉的结构12-13
• 1.1.2 淀粉的常见性质13-14
• 1.2 淀粉基炭材料的研究进展14-19
• 1.2.1 多孔炭材料的应用14-16
• 1.2.2 生物质炭材料简介16-17
• 1.2.3 淀粉基炭材料简介17-19
• 1.3 淀粉基膜材料的研究进展19-22
• 1.3.1 影响淀粉膜性能的因素19-20
• 1.3.2 淀粉的改性20-22
• 1.4 本论文研究意义及内容22-24
• 1.4.1 研究目的及意义22-23
• 1.4.2 研究主要内容23-24
• 第二章 淀粉基炭材料的制备及性能测试24-34
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-27
• 2.2.1 试剂与仪器25
• 2.2.2 淀粉基炭材料的制备25-26
• 2.2.3 淀粉基炭材料的性能表征26
• 2.2.4 亚甲基蓝吸附性能26-27
• 2.2.5 离子交换性能(CEC)27
• 2.3 结果与讨论27-32
• 2.3.1 炭材料的形貌分析27-28
• 2.3.2 炭材料的XRD分析28
• 2.3.3 炭材料的FTIR分析28-29
• 2.3.4 炭材料的比表面积分析29-30
• 2.3.5 亚甲基蓝吸附分析30-31
• 2.3.6 硬水处理研究31-32
• 2.4 小结32-34
• 第三章 氧化淀粉的制备及其性能测试34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-38
• 3.2.1 试剂与仪器34-35
• 3.2.2 氧化淀粉的制备35
• 3.2.3 氧化淀粉膜的制备35-36
• 3.2.4 氧化淀粉羧基含量分析36
• 3.2.5 淀粉糊透明度分析36
• 3.2.6 淀粉膜力学性能分析36-37
• 3.2.7 淀粉膜平衡含水率的分析37
• 3.2.8 淀粉膜氧气透过性分析37
• 3.2.9 淀粉膜水蒸气透过性分析37-38
• 3.3 结果与讨论38-44
• 3.3.1 反应时间对氧化淀粉性质的影响38-39
• 3.3.2 氧化剂用量对氧化淀粉性质的影响39-41
• 3.3.3 反应pH对氧化淀粉性质的影响41-42
• 3.3.4 氧化淀粉与马铃薯原淀粉的性质对比42-43
• 3.3.5 扫描电镜及红外光谱分析43-44
• 3.4 小结44-46
• 第四章 羟丙基淀粉的制备及其性能测试46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 实验部分46-49
• 4.2.1 试剂与仪器46-47
• 4.2.2 羟丙基淀粉的制备47-48
• 4.2.3 羟丙基淀粉膜的制备及淀粉糊粘度测定48
• 4.2.4 羟丙基淀粉醚化取代度分析48-49
• 4.2.5 淀粉糊透明度分析49
• 4.2.6 淀粉膜力学性能分析49
• 4.2.7 淀粉膜平衡含水率分析49
• 4.2.8 淀粉膜氧气透过性分析49
• 4.2.9 淀粉膜水蒸气透过性分析49
• 4.3 结果与讨论49-56
• 4.3.1 羟丙基淀粉及淀粉膜形貌分析49-50
• 4.3.2 环氧丙烷用量与醚化取代度的关系50-52
• 4.3.3 50℃下淀粉糊粘度随醚化取代度的变化52
• 4.3.4 600nm透光率随醚化取代度的变化52-53
• 4.3.5 淀粉膜平衡含水率随醚化取代度的变化53-54
• 4.3.6 淀粉膜的阻隔性随醚化取代度的变化54-55
• 4.3.7 淀粉膜的力学性能随醚化取代度的变化55-56
• 4.4 小结56-58
• 第五章 结论58-60
• 参考文献60-66
• 致谢66-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文68-69
• 学位论文评阅及答辩情况表69

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本文编号：609995