环糊精接枝木粉功能材料的制备、表征与应用研究

摘要

杨木木粉是储量丰富的生物质资源，具有来源广泛、成本低、生物可降解、环境友好和易加工等优良特性，因此，有关提高木粉生物利用度和附加值的研究已成为林木资源综合开发的热点。
　　本文以多元羧酸(柠檬酸，CA或1，2，3，4-丁烷四羧酸，BTCA)为交联剂，通过酯化交联工艺将功能主体大分子β-环糊精（β-CD）接枝到木粉(WF)表面，得到具有功能拓展性的木粉基新材料—环糊精接技木粉功能材料(β-CD-CA-WF或β-CD-BTCA-WF)，同时对功能材料的制备条件、酯键稳定性、表面酸碱性、天然香料丁香酚的搭载与释放机制，以及功能材料对重金属Pb2+的吸附机制等问题进行了研究，主要内容和结果如下:
　　(1)分别以增重法和酚酞探针分子法测定β-CD-CA-WF和β-CD-BTCA-WF的接枝率和活性β-CD含量，得到该功能材料的最佳制备条件为:接枝温度为180℃，浸渍液中β-CD浓度分别为80 g/L(CA)和120 g/L(BTCA);浸渍液的最佳组成为CA/β-CD/NaH2PO2或BTCA/β-CD/NaH2PO4; BTCA表现出较高的接枝率，而CA体现出较高的活性β-CD含量。傅立叶红外光谱的分析结果也表明β-CD已成功接枝到木粉表面。通过紫外分光定量技术，对β-CD-CA-WF的酯键稳定性进行分析，结果表明β-CD-CA-WF的酸碱耐受性强，并可长期保存在80℃以下的热水中。
　　(2)采用反相气相色谱技术测定β-CD-CA-WF的表面能及表面酸碱常数，研究表明:β-CD-CA-WF表面自由能的色散分量随着温度的升高而呈现逐渐增加的趋势，且其表面呈现Lewis碱性，易于同Lewis酸性分子相吸附。
　　(3)采用冷冻干燥技术，将芳香抑菌分子丁香酚(EG)搭载在β-CD-CA-WF上，制得芳香抑菌材料（EG/β-CD-CA-WF），并利用紫外分光技术测得β-CD-CA-WF包合的丁香酚含量为1.31％，证实该芳香抑菌材料的抑菌应用潜力。EG/β-CD-CA-WF在25℃和75％相对湿度条件下的释放行为研究表明，连续释放504 h后，EG/β-CD-CA-WF上丁香酚的释放量小于10％，且其释放受到扩散释放机制和一级释放动力学机制共同作用的影响。热重分析结果则证明了β-CD-CA-WF对搭载的丁香酚具有热保护作用。
　　(4)选用Pb2+为吸附质模型，系统探讨了接触时间、pH值和Pb2+初始质量浓度对β-CD-CA-WF吸附效果的影响，重点研究了β-CD-CA-WF对Pb2+的吸附动力学和热力学过程，并初步探讨吸附机理。结果表明:在298 K时，β-CD-CA-WF对Pb2+的吸附平衡时间为30 min，适宜pH值为4～8，平衡吸附量随Pb2+初始质量浓度的增加而增加;Pb2+的吸附是单分子层吸附，以化学吸附为主，颗粒内扩散不是唯一的吸附速率控制步骤，熵变和焓变分别为54.45 J/(mol·K)和13.75 KJ/mol。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 环糊精与纤维素类材料的接枝工艺

1．3 植物来源香料的封装与释放研究

1．3．1 植物来源香料的封装技术

1．3．2 胶囊包合技术在芳香材料制备中的应用

1．3．3 影响芳香胶囊材料释放的因素

1．4 生物质基材料用作水中重金属吸附剂的研究

1．5 环糊精在水处理领域的特殊应用

1．6 本课题的研究意义和内容

2 环糊精接枝木粉功能材料的制备、表征与酯键稳定性分析

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂和仪器

2．2．2 环糊精接枝木粉功能材料的制备

2．2．3 环糊精接枝木粉功能材料的傅立叶红外光谱表征

2．2．4 β-CD-CA-WF的酯键稳定性测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 杨木木粉的活化处理结果

2．3．2 接枝温度对接枝率和活性β-CD含量的影响

2．3．3 浸渍液中β-CD浓度对接枝率和活性β-CD含量的影响

2．3．4 催化剂种类对接枝率和活性β-CD含量的影响

2．3．5 傅立叶红外光谱分析

2．3．6 β-CD-CA-WF的酯键稳定性分析

2．4 本章小结

3 反相气相色谱技术测定环糊精接枝木粉功能材料表面的酸碱性

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂和仪器

3．2．2 环糊精接枝木粉功能材料的制备

3．2．3 环糊精接枝木粉功能材料表面的酸碱性测定

3．3 结果与讨论

3．3．1 β-CD-CA-WF的外观

3．3．2 环糊精接枝木粉功能材料表面的酸碱性分析

3．4 本章小结

4 环糊精接枝木粉功能材料对丁香酚的包合释放研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 芳香抑菌材料的制备

4．2．3 芳香抑菌材料在不同时间下的释放实验

4．2．4 芳香抑菌材料在不同温度下的释放实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 芳香抑菌材料的外观

4．3．2 芳香抑菌材料在不同时间下的释放行为研究

4．3．3 芳香抑菌材料在不同温度下的释放行为研究

4．4 本章小结

5 环糊精接枝木粉功能材料对水中重金属铅离子的吸附机制研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂和仪器

5．2．2 静态吸附平衡实验

5．2．3 接触时间对吸附量的影响

5．2．4 pH值对吸附量的影响

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同反应条件对吸附量的影响

5．3．2 等温吸附曲线

5．3．3 吸附动力学研究

5．3．4 吸附热力学研究

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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