壳聚糖基复合材料制备及铜离子吸附研究
发布时间：2021-07-21 14:15
工业废水中重金属离子导致的环境污染问题日益引起人们的关注。壳聚糖及其衍生物具有资源丰富、环境友好、吸附高效等特点，在水处理中应用广泛。本论文以壳聚糖为基材，采用多种方法来提高其强度和铜离子吸附性能。采用微波辐射聚合制备交联壳聚糖（CCTS）、聚丙烯酰胺/壳聚糖（PAM/CTS）、壳聚糖/ZSM分子筛（CTS/ZSM）、壳聚糖/Y分子筛（CTS/Y）复合材料，用FTIR、TGA、XRD、超景深三维显微镜等对材料进行表征，并考察了其对铜离子的吸附性能。结果表明与CCTS相比较，PAM/CTS、CTS/ZSM、CTS/Y的Cu2+吸附量有一定提高。CCTS、PAM/CTS、CTS/ZSM、CTS/Y对Cu2+吸附量随着交联剂用量的增加而降低。PAM/CTS对Cu2+吸附在二者比例为0.3/0.5时出现最大值。Y分子筛含量6%时，ZSM分子筛含量4%时，CTS/Y与CTS/ZSM对Cu2＋吸附出现最大值。动力学研究表明二级动力学方程能很好的拟和CCTS、PAM/CTS吸附铜离子过程，但对于CTS/Y、CTS/ZSM的吸附行为并不合适。就整个吸附过程来说，粒子内的扩散过程是CCTS、PAM/CT...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纤维素的结构
图 1-2 甲壳素的结构Fig 1-2 The structure of chitin纤维素的结构单元是纤维二糖，甲壳素的结构单元是N-乙酰氨基葡萄糖的二糖。自然界中存在的甲壳素，其相对分子质量因原料来源不同从数十万至数百万不等，外形一般为白色或者灰白色的无定形固体，大约在 270℃开始分解。由于存在分子内及分子间的多种氢键作用，形成微纤维网状的高度结晶体结构。根据甲壳素结晶单元中分子链的不同排列方式不同，CTS存在着3种不同的结晶形态，分别为α-型，β-型，γ-型[5]。其中，α-甲壳素的分子链是两条反方向平行（antiparalle）的糖链组成；β-甲壳素的分子链是两条同向平行的糖链组成；γ-甲壳素则是三条糖链组成，其两条链同向，一条链反向且上下排列组成。自然界中存在的甲壳素多为α-型甲壳素，其含量最丰富而且稳定。在生物体内存在的甲壳素，即未经过任何物理和化学变化的甲壳素，被称作为天然甲壳素。α-型甲壳素主要存在于节肢动物的角质层和某些真菌中，β-型甲壳素在 6mol/L的盐酸中能够转变成α-型甲壳素，说明α-型甲壳素对酸而言是稳定的。所有这三种晶型的甲壳素在沸腾的 5%
物质沉积在一起，形成坚硬的外壳；节肢动物如蟹、虾的外壳中含有 30%以上的碳酸钙，所以这些壳中主要是 α-型甲壳素；而 β-型甲壳素和 γ-甲壳素与胶原相联结，表现出一定的硬度、柔韧性和流动性，还具有与承载体不同的诸多生理功能，如电解质的控制等。壳聚糖结构式图 1-3。从壳聚糖的结构式可以看出其全名是 β-(1，4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖。通常把壳聚糖分子中脱除乙酰基的糖残基数占 CTS 分子中总的糖残基数的百分数，称为脱乙酰度(Degree of Deacetylation，简称为 DD )，它是表征壳聚糖性质的重要指标。因制备工艺条件和需求不同，脱乙酰度可由 60%至 100%不等。CTS 是甲壳素的 N-脱乙酰基的产物，甲壳素与 CTS 的差别仅仅是 N-脱乙酰度不同而已。在甲壳素结构中有氨基葡萄糖的糖残基，壳聚糖结构中也有乙酰氨基葡萄糖的糖残基。一般而言，N-乙酰基脱去 55%以上的就可称之为壳聚糖，这种脱乙酰度的样品能溶于 1%乙酸或 1%盐酸。因此，凡是能溶于 1%乙酸或 1%盐酸的甲壳素都可称之为 CTS。作为有实用价值的工业品壳聚糖，脱乙酰度必须在 70%以上。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外聚氨酯工业最新发展状况[J]. 朱长春,翁汉元,吕国会,张俊良. 化学推进剂与高分子材料. 2012(05)
[2]基于纤维素的先进功能材料[J]. 张金明,张军. 高分子学报. 2010(12)
[3]离子液体中的纤维素溶解、再生及材料制备研究进展[J]. 卢芸,孙庆丰,于海鹏,刘一星. 有机化学. 2010(10)
[4]壳聚糖印迹分子吸附性能的研究进展[J]. 王丽丽,林强. 化学世界. 2010(08)
[5]重金属废水的生物治理技术研究进展[J]. 梁帅,颜冬云,徐绍辉. 环境科学与技术. 2009(11)
[6]螯合树脂对铜离子的吸附动力学和热力学[J]. 刘步云,姚忠,周治,徐虹,韦萍. 过程工程学报. 2009(05)
[7]丙烯酰胺类聚合物合成方法研究进展[J]. 于涛,李钟,曲广淼,栾和鑫,杨翠,童维,丁伟. 高分子通报. 2009(06)
[8]重金属废水无害化处理技术最新进展[J]. 吴彦军,张林楠,李振山. 工业水处理. 2009(03)
[9]微波辐射在壳聚糖化学改性中的应用研究进展[J]. 谯志勇,李明春,辛梅华,高伟. 化工进展. 2009(03)
[10]壳聚糖改性技术的新进展Ⅱ 交联化、季铵盐化、羧基化改性及其低聚糖衍生物[J]. 周天韡,唐文琼,沈青. 高分子通报. 2008(12)
博士论文
[1]膨润土基吸附材料的制备、表征及其吸附性能研究[D]. 于海琴.中国海洋大学 2012
[2]分级孔道和金属改性ZSM-5分子筛制备、表征及催化甲醇制烃研究[D]. 倪友明.华中科技大学 2011
[3]智能型壳聚糖衍生物的制备及改性壳聚糖在基因传输中的应用[D]. 慕卿.中国科学技术大学 2008
[4]改性膨润土吸附剂的制备及其在废水处理中的应用[D]. 聂锦旭.中国科学院研究生院（广州地球化学研究所） 2005
[5]壳聚糖类肝素衍生物的合成及其抗凝血性能研究[D]. 蒋珍菊.西南石油学院 2003
硕士论文
[1]聚氨酯灌浆材料的性能测试及其在矿山中的应用[D]. 陈冲冲.北京化工大学 2012
本文编号：3295180
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纤维素的结构
图 1-2 甲壳素的结构Fig 1-2 The structure of chitin纤维素的结构单元是纤维二糖，甲壳素的结构单元是N-乙酰氨基葡萄糖的二糖。自然界中存在的甲壳素，其相对分子质量因原料来源不同从数十万至数百万不等，外形一般为白色或者灰白色的无定形固体，大约在 270℃开始分解。由于存在分子内及分子间的多种氢键作用，形成微纤维网状的高度结晶体结构。根据甲壳素结晶单元中分子链的不同排列方式不同，CTS存在着3种不同的结晶形态，分别为α-型，β-型，γ-型[5]。其中，α-甲壳素的分子链是两条反方向平行（antiparalle）的糖链组成；β-甲壳素的分子链是两条同向平行的糖链组成；γ-甲壳素则是三条糖链组成，其两条链同向，一条链反向且上下排列组成。自然界中存在的甲壳素多为α-型甲壳素，其含量最丰富而且稳定。在生物体内存在的甲壳素，即未经过任何物理和化学变化的甲壳素，被称作为天然甲壳素。α-型甲壳素主要存在于节肢动物的角质层和某些真菌中，β-型甲壳素在 6mol/L的盐酸中能够转变成α-型甲壳素，说明α-型甲壳素对酸而言是稳定的。所有这三种晶型的甲壳素在沸腾的 5%
物质沉积在一起，形成坚硬的外壳；节肢动物如蟹、虾的外壳中含有 30%以上的碳酸钙，所以这些壳中主要是 α-型甲壳素；而 β-型甲壳素和 γ-甲壳素与胶原相联结，表现出一定的硬度、柔韧性和流动性，还具有与承载体不同的诸多生理功能，如电解质的控制等。壳聚糖结构式图 1-3。从壳聚糖的结构式可以看出其全名是 β-(1，4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖。通常把壳聚糖分子中脱除乙酰基的糖残基数占 CTS 分子中总的糖残基数的百分数，称为脱乙酰度(Degree of Deacetylation，简称为 DD )，它是表征壳聚糖性质的重要指标。因制备工艺条件和需求不同，脱乙酰度可由 60%至 100%不等。CTS 是甲壳素的 N-脱乙酰基的产物，甲壳素与 CTS 的差别仅仅是 N-脱乙酰度不同而已。在甲壳素结构中有氨基葡萄糖的糖残基，壳聚糖结构中也有乙酰氨基葡萄糖的糖残基。一般而言，N-乙酰基脱去 55%以上的就可称之为壳聚糖，这种脱乙酰度的样品能溶于 1%乙酸或 1%盐酸。因此，凡是能溶于 1%乙酸或 1%盐酸的甲壳素都可称之为 CTS。作为有实用价值的工业品壳聚糖，脱乙酰度必须在 70%以上。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外聚氨酯工业最新发展状况[J]. 朱长春,翁汉元,吕国会,张俊良. 化学推进剂与高分子材料. 2012(05)
[2]基于纤维素的先进功能材料[J]. 张金明,张军. 高分子学报. 2010(12)
[3]离子液体中的纤维素溶解、再生及材料制备研究进展[J]. 卢芸,孙庆丰,于海鹏,刘一星. 有机化学. 2010(10)
[4]壳聚糖印迹分子吸附性能的研究进展[J]. 王丽丽,林强. 化学世界. 2010(08)
[5]重金属废水的生物治理技术研究进展[J]. 梁帅,颜冬云,徐绍辉. 环境科学与技术. 2009(11)
[6]螯合树脂对铜离子的吸附动力学和热力学[J]. 刘步云,姚忠,周治,徐虹,韦萍. 过程工程学报. 2009(05)
[7]丙烯酰胺类聚合物合成方法研究进展[J]. 于涛,李钟,曲广淼,栾和鑫,杨翠,童维,丁伟. 高分子通报. 2009(06)
[8]重金属废水无害化处理技术最新进展[J]. 吴彦军,张林楠,李振山. 工业水处理. 2009(03)
[9]微波辐射在壳聚糖化学改性中的应用研究进展[J]. 谯志勇,李明春,辛梅华,高伟. 化工进展. 2009(03)
[10]壳聚糖改性技术的新进展Ⅱ 交联化、季铵盐化、羧基化改性及其低聚糖衍生物[J]. 周天韡,唐文琼,沈青. 高分子通报. 2008(12)
博士论文
[1]膨润土基吸附材料的制备、表征及其吸附性能研究[D]. 于海琴.中国海洋大学 2012
[2]分级孔道和金属改性ZSM-5分子筛制备、表征及催化甲醇制烃研究[D]. 倪友明.华中科技大学 2011
[3]智能型壳聚糖衍生物的制备及改性壳聚糖在基因传输中的应用[D]. 慕卿.中国科学技术大学 2008
[4]改性膨润土吸附剂的制备及其在废水处理中的应用[D]. 聂锦旭.中国科学院研究生院（广州地球化学研究所） 2005
[5]壳聚糖类肝素衍生物的合成及其抗凝血性能研究[D]. 蒋珍菊.西南石油学院 2003
硕士论文
[1]聚氨酯灌浆材料的性能测试及其在矿山中的应用[D]. 陈冲冲.北京化工大学 2012
本文编号：3295180
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