叔氨淀粉基pH敏感水凝胶的制备及性能研究

发布时间：2017-09-21 19:09

  本文关键词：叔氨淀粉基pH敏感水凝胶的制备及性能研究

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【摘要】：智能水凝胶是一类对外界环境刺激产生敏感响应的材料,常见的环境刺激有pH、温度、电场、磁场、溶剂、离子等。其中pH是最容易获得的化学刺激,因此pH敏感水凝胶引起了广泛的关注。本文设计以溶解性良好、价格便宜兼具生物相容性、生物降解性的羟乙基淀粉为原料,通过功能化改性合成了叔氨基pH敏感淀粉衍生物,并以此材料为原料合成了一系列叔氨淀粉基pH敏感水凝胶。本文合成了多种3-二烷基氨基-2-羟丙基-羟乙基淀粉(TAS),用氢核磁共振谱(1H-NMR)对其结构进行确定并对取代度进行了计算；通过电位-电导率曲线确定了淀粉中氢的解离能力(pka),通过透光率曲线确定了发生相转变的pH(Transition pH, pHt)。以取代度为0.84的3-二丙基氨基-2-羟丙基-羟乙基淀粉(DP-TAS-0.84)为原料,反应活性较高的乙二醇二缩水甘油醚(EDGE)、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEDGE)或环氧氯丙烷(ECH)为交联剂,采用化学交联法,制备了一系列叔氨淀粉基pH敏感水凝胶(TASEDGE、TASPEDGE和TASECH)。通过正交与单因素实验考察了溶剂用量,催化剂NaOH用量,交联剂用量对凝胶形成的影响,最后确定了最佳凝胶化条件。用扫描电镜(SEM)对水凝胶的内部形貌和多孔性进行了表征,可清楚的观察到大孔结构；研究了水凝胶的pH敏感性及其pH刺激可逆循环性能,并讨论了离子强度(NaCl浓度)、摩尔取代度(MS)、交联剂种类对凝胶溶胀率的影响。结果表明,水凝胶的溶胀率(SR)随pH的增大而减小,在pH4-8区间SR变化不明显,2到4区间变化显著,其中TASECH水凝胶在pH=1条件下的溶胀率高达220.5 g/g；NaCl浓度增加,SR下降,当继续增加NaCl浓度(大于0.05 mol/L)时,溶胀率变化不再明显；SR随着MS的增加而增加；交联剂不同,SR略有不同,三类最佳条件下制备的水凝胶在中性条件下的溶胀率分别是24.89 g/g、30.67 g/g、40.23 g/g。对制备的水凝胶进行了吸附染料性能研究,考察了包括染料初始浓度、溶液体积、溶液pH、吸附时间、温度、摩尔取代度和NaCl浓度等各个因素对吸附染料性能的影响及凝胶的吸附-解吸情况。结果表明,吸附量随着染料初始浓度、溶液体积、温度、吸附时间和摩尔取代度的增加而增大,相反的,随着溶液pH、NaCl浓度的增加而减小；染料结构不同,吸附效率稍有差别,但都在90%以上；交联剂种类对吸附效率也有一定的影响；另外将其应用于实际的酸性黄染料废水,吸附效率达到67%。
【关键词】：pH敏感 淀粉 叔氨基 水凝胶 染料吸附
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O648.17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-12
• 1 文献综述12-30
• 1.1 天然高分子基水凝胶的简介12-17
• 1.1.1 纤维素及其衍生物基水凝胶12-14
• 1.1.2 淀粉及其衍生物基水凝胶14-16
• 1.1.3 其他天然高分子及其衍生物基水凝胶16-17
• 1.2 pH敏感天然高分子基水凝胶17-21
• 1.2.1 pH敏感纤维素基水凝胶19-20
• 1.2.2 pH敏感淀粉基水凝胶20-21
• 1.3 天然高分子基水凝胶的制备方法21-26
• 1.3.1 化学交联方法21-24
• 1.3.2 物理交联方法24-25
• 1.3.3 辐射交联方法25-26
• 1.4 pH敏感天然高分子基水凝胶在染料吸附中的应用26-28
• 1.5 本文的设计思想28-30
• 2 pH敏感淀粉衍生物的制备30-40
• 2.1 引言30
• 2.2 实验部分30-33
• 2.2.1 仪器设备30-31
• 2.2.2 实验药品与化学试剂31
• 2.2.3 醚化剂(DAEPA)的制备31-32
• 2.2.4 淀粉衍生物(TAS)的制备32
• 2.2.5 表征方法32-33
• 2.3 结果与讨论33-39
• 2.3.1 DAEPA的合成33-35
• 2.3.2 TAS的制备35-36
• 2.3.3 TAS的pH敏感性研究36-39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 TAS系列水凝胶的制备及性能研究40-59
• 3.1 引言40
• 3.2 实验部分40-43
• 3.2.1 仪器设备40
• 3.2.2 实验药品与化学试剂40-41
• 3.2.3 TAS系列淀粉基水凝胶的制备41
• 3.2.4 水凝胶的表征方法41-42
• 3.2.5 水凝胶的溶胀性能测试42-43
• 3.3 结果与讨论43-50
• 3.3.1 TAS_(EDGE)水凝胶合成条件的考察43-47
• 3.3.2 TAS_(PEDGE)水凝胶的合成条件的考察47-49
• 3.3.3 TAS_(ECH)水凝胶的合成条件的考察49-50
• 3.4 水凝胶的表征50-53
• 3.4.1 水凝胶的扫描电镜观察50-52
• 3.4.2 水凝胶的热重分析52-53
• 3.5 水凝胶的pH敏感性53-55
• 3.6 盐浓度对TAS系列水凝胶溶胀率的影响55-56
• 3.7 摩尔取代度对TAS_(EDGE)水凝胶溶胀率的影响56
• 3.8 交联剂种类对水凝胶溶胀率的影响56-57
• 3.9 TAS_(EDGE)水凝胶的pH刺激可逆循环性能57-58
• 3.10 本章小结58-59
• 4 TAS_(EDGE)水凝胶的染料吸附性能研究59-73
• 4.1 引言59
• 4.2 实验部分59-62
• 4.2.1 仪器设备及实验药品与化学试剂59-60
• 4.2.2 实验方法60-62
• 4.3 结果与讨论62-71
• 4.3.1 水凝胶结构对吸附染料性能的影响62-64
• 4.3.2 染料初始浓度对吸附染料性能的影响64
• 4.3.3 溶液体积对吸附染料性能的影响64-65
• 4.3.4 溶液pH对吸附染料性能的影响65-66
• 4.3.5 吸附时间对吸附染料性能的影响66
• 4.3.6 温度对吸附染料性能的影响66-67
• 4.3.7 淀粉摩尔取代度对吸附染料性能的影响67-68
• 4.3.8 NaCl浓度对吸附染料性能的影响68
• 4.3.9 染料种类对吸附染料性能的影响68-69
• 4.3.10 交联剂种类对吸附染料性能的影响69-70
• 4.3.11 水凝胶的可再生能力70-71
• 4.3.12 水凝胶对染料废水的处理71
• 4.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-82
• 附录A 论文使用的主要符号82-83
• 附录B TAS的部分电位-电导率图83-84
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

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本文编号：896346