壳聚糖/埃洛石纳米管复合材料制备及其性能研究

摘要

有机-无机复合材料同时具有机材料和无机材料的优异特性，近些年来在材料科学领域受到广泛的关注。有机-无机复合结构材料一般需要通过对两种以上组分、结构等进行复合制备而成，这类材料不仅具有有机聚合物的易于加工性和韧性，还具有无机材料的刚性和强度等性能。本文中采用天然高分子材料壳聚糖(CTS)和无机粘土矿物埃洛石纳米管(HNTs)作为原料，通过反相乳化交联法成功制备出了CTS/HNT复合材料，研究了该复合材料的酶固定化性能和吸附性能，并进一步考察了固定化酶处理氯酚废水的性能。具体研究内容如下:
　　(1)壳聚糖/埃洛石纳米管复合微球的制备及表征
　　以CTS和HNTs为原料，采用反相乳化交联法制备壳聚糖/埃洛石纳米管复合微球，通过光学显微镜、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、比表面积及孔隙度分析仪等对合成的复合微球进行了表征，并简单探讨了复合微球的形成机理。形貌及结构表征结果显示，制备的CTS/HNT复合微球形貌规则，尺寸均匀，大小约150-200μm;其表面及内部均是由大量的HNTs搭接而成的疏松结构。红外光谱分析表明组成微球的CTS修饰的HNTs是由戊二醛交联结合在一起的，这就使得复合微球具有更加稳定的结构。
　　(2)使用壳聚糖/埃洛石纳米管复合微球为载体固定漆酶并用于处理含2，4-二氯酚模拟废水的研究
　　使用(1)中制备所得的CTS/HNT复合微球作为酶固定化的载体，选择漆酶为目标酶进行酶固定化实验，考察了漆酶初始浓度和时间对漆酶固定化的影响，并研究了固定化漆酶的pH稳定性、耐热稳定性、储藏稳定性及重复使用性等酶学性能和固定化漆酶在2，4-二氯酚废水处理中的应用。实验结果表明，使用合成的新的复合微球材料固定漆酶，能得到较高的负载量，负载量为123.1mg/g;并且固定化漆酶的耐热稳定性、储藏稳定性、重复利用性等酶学性能均得到提高;使用固定化的漆酶处理2，4-二氯酚模拟废水，去除速率较快且去除率高，说明固定化漆酶在氯酚废水的处理中有着很好的应用前景。
　　(3)冷冻干燥技术处理的壳聚糖/埃洛石纳米管复合多孔颗粒在染料废水处理中的应用研究
　　使用(1)中相同材料和方法，但调节转速为700rpm，制备得到粒径较大的CTS/HNT复合颗粒，使用冷冻干燥技术对制得的复合颗粒进行干燥处理，采用扫描电子显微镜对其进行表征，结果显示得到的复合颗粒表面呈疏松的多孔结构，且由大量纳米管搭接而成，这使其在吸附方面具有良好的应用潜力。因此，使用该复合多孔颗粒对偶氮染料-甲基橙(MO)进行吸附实验，考察了pH值、MO初始浓度、反应时间等因素对吸附过程的影响。结果表明冷冻干燥技术处理的CTS/HNT复合多孔颗粒吸附量比真空干燥技术处理的复合颗粒高，受pH值影响也较小，能够在较宽的pH值范围内达到良好的吸附效果。通过对实验数据进行吸附等温模型拟合，可计算得出最大吸附量为68.97mg/g，吸附动力学模型拟合结果显示吸附过程符合准二级动力学模型，通过对热力学参数的计算可知该吸附过程是一个自发进行的吸热过程。另外，F-CTS/HNT复合多孔颗粒的循环再生性能良好，进行十次吸附/脱附实验，对MO的去除率仍能达到88％以上。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 有机-无机复合微球的制备及应用研究概况

1．2．1 有机-无机复合微球的制备方法

1．2．2 有机-无机复合微球的应用

1．3 壳聚糖及埃洛石纳米管概述

1．3．1 壳聚糖的性质及壳聚糖微球的制备

1．3．2 埃洛石纳米管概述

1．4 壳聚糖及埃洛石纳米管在酶固定化中的研究概况

1．5 壳聚糖及埃洛石纳米管吸附性能的研究概况

1．6 本课题的研究背景和研究内容

1．6．1 研究背景

1．6．2 研究内容

2 壳聚糖／埃洛石纳米管复合微球的制备与表征

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 CTS／HNT复合微球的制备

2．2．3 CTS／HNT复合微球的制备机理

2．2．4 CTS／HNT复合微球的表征

2．3 CTS／HNT复合微球的表征

2．3．1 光学显微镜及扫描电子显微镜表征

2．3．2 红外光谱分析

2．4 本章小结

3 壳聚糖／埃洛石纳米管复合微球固定酶的研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂和仪器

3．2．2 漆酶活性的测定

3．2．3 CTS／HNT复合微球固定漆酶的实验

3．2．4 2，4-二氯酚含量的测试方法

3．3 CTS／HNT复合微球固定漆酶的研究

3．3．1 漆酶初始浓度对负载量的影响

3．3．2 固定时间对负载量的影响

3．3．3 固定化漆酶的荧光标记分析

3．4 CTS／HNT复合微球固定化漆酶的酶学性能

3．4．1 pH值对稳定性的影响

3．4．2 温度对稳定性的影响

3．4．3 热稳定性

3．4．4 储藏稳定性

3．4．5 循环使用性

3．5 CTS／HNT复合微球固定化漆酶处理2，4-二氯酚的研究

3．5．1 pH值和温度的影响

3．5．2 固定化漆酶投加量的影响

3．5．3 反应时间的影响

3．6 本章小结

4 壳聚糖／埃洛石纳米管复合多孔颗粒吸附甲基橙的研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 CTS／HNT复合颗粒对MO的静态吸附

4．3 F-CTS／HNT与V-CTS／HNT复合颗粒的对比研究

4．3．1 数码照片对比

4．3．2 扫描电子显微镜对比

4．3．3 pH值对甲基橙吸附量的影响对比

4．3．4 不同初始浓度对甲基橙吸附量的影响对比

4．3．5 吸附时间对甲基橙吸附量的影响对比

4．4 CTS／HNT复合颗粒对甲基橙的吸附规律研究

4．4．1 温度及初始浓度的影响

4．4．2 吸附等温模型

4．4．3 时间及初始浓度的影响

4．4．4 吸附动力学模型

4．4．5 吸附热力学参数

4．4．6 循环再生实验

4．5 本章小结

5 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢