叔氨淀粉基pH敏感水凝胶的制备及性能研究

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％。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 天然高分子基水凝胶的简介

1．1．1 纤维素及其衍生物基水凝胶

1．1．2 淀粉及其衍生物基水凝胶

1．1．3 其他天然高分子及其衍生物基水凝胶

1．2 pH敏感天然高分子基水凝胶

1．2．1 pH敏感纤维素基水凝胶

1．2．2 pH敏感淀粉基水凝胶

1．3 天然高分子基水凝胶的制备方法

1．3．1 化学交联方法

1．3．2 物理交联方法

1．3．3 辐射交联方法

1．4 pH敏感天然高分子基水凝胶在染料吸附中的应用

1．5 本文的设计思想

2 pH敏感淀粉衍生物的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器设备

2．2．2 实验药品与化学试剂

2．2．3 醚化剂(DAEPA)的制备

2．2．4 淀粉衍生物(TAS)的制备

2．2．5 表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 DAEPA的合成

2．3．2 TAS的制备

2．3．3 TAS的pH敏感性研究

2．4 本章小结

3 TAS系列水凝胶的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器设备

3．2．2 实验药品与化学试剂

3．2．3 TAS系列淀粉基水凝胶的制备

3．2．4 水凝胶的表征方法

3．2．5 水凝胶的溶胀性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 TASEDGE水凝胶合成条件的考察

3．3．2 TASPEDGE水凝胶的合成条件的考察

3．3．3 TASECH水凝胶的合成条件的考察

3．4 水凝胶的表征

3．4．1 水凝胶的扫描电镜观察

3．4．2 水凝胶的热重分析

3．5 水凝胶的pH敏感性

3．6 盐浓度对TAS系列水凝胶溶胀率的影响

3．7 摩尔取代度对TASEDGE水凝胶溶胀率的影响

3．8 交联剂种类对水凝胶溶胀率的影响

3．9 TASEDGE水凝胶的pH刺激可逆循环性能

3．10 本章小结

4 TASEDGE水凝胶的染料吸附性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器设备及实验药品与化学试剂

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 水凝胶结构对吸附染料性能的影响

4．3．2 染料初始浓度对吸附染料性能的影晌

4．3．3 溶液体积对吸附染料性能的影响

4．3．4 溶液pH对吸附染料性能的影响

4．3．5 吸附时间对吸附染料性能的影响

4．3．6 温度对吸附染料性能的影响

4．3．7 淀粉摩尔取代度对吸附染料性能的影响

4．3．8 NaCl浓度对吸附染料性能的影响

4．3．9 染料种类对吸附染料性能的影响

4．3．10 交联剂种类对吸附染料性能的影响

4．3．11 水凝胶的可再生能力

4．3．12 水凝胶对染料废水的处理

4．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢