pH敏感淀粉水凝胶的制备及离子吸附性能研究

摘要

本文以羟乙基淀粉(HES)为原料，通过烯丙基缩水甘油醚(AGE)与淀粉羟基的亲核开环加成反应制备烯丙基化淀粉，进一步采用巯基乙胺和烯丙基化淀粉的双键-硫醇点击化学反应制备2-羟基-3-（3'-氨基乙硫基丙氧基）丙基羟乙基淀粉醚(HAEP-HES)，以环氧氯丙烷或乙二醇二缩水甘油醚为交联剂，将HAEP-HES交联制备新型可降解淀粉水凝胶。详细研究了水凝胶的pH敏感性、溶胀和退溶胀动力学、盐浓度对溶胀性能的影响。结果表明以环氧氯丙烷为交联剂制备的水凝胶(HAEP-HES ECH) pH敏感性不如以乙二醇二缩水甘油醚为交联剂制备的水凝胶(HAEP-HES EDGE)，两种水凝胶溶胀率都随着pH升高而降低;运用二级溶胀动力学模型研究溶胀动力学，结果是HAEP-HESEDGE凝胶最大溶胀率为50.45，HAEP-HES ECH凝胶最大溶胀率为34.25。对两种凝胶进行IR、SEM、TGA的表征分析。
　　针对重金属离子的环境污染问题，选择汞、铅、镉离子作为吸附对象，详细研究起始离子浓度、吸附时间、溶液pH对凝胶吸附性能影响。运用朗格缪尔吸附等温线研究了吸附过程，HAEP-HES EDGE凝胶对汞离子最大吸附量是246.7 mg/g、铅离子是149.2mg/g、镉离子是78.7 mg/g; HAEP-HES ECH凝胶对汞离子最大吸附量是260.7 mg/g、铅离子是200.9 mg/g、镉离子是86.6 mg/g。两种凝胶对汞离子、铅离子、镉离子的平衡吸附时间分别是是5h、20 h、10 h;运用Pseudo-First-Order和Pseudo-Second-Order模型研究凝胶吸附动力学，由于R＞0.99准二级动力学模型比较符合描述吸附过程。在酸性条件下不利于离子吸附，对铅、镉离子的吸附效率在pH=2时接近0，随着pH增大吸附效率增大，但是在微碱条件下吸附效率下降，由于凝胶网络中硫原子存在，汞离子的吸附效率始终在30％以上。进一步研究了酸浓度和脱附时间对离子脱附的影响，结果表明:对铅、镉离子在0.1 mol/L的盐酸时脱附效率最高，汞离子在0.01 mol/L的硝酸时脱附效率最高，同时选取脱附效率最高时的酸浓度进行脱附时间的研究，结果显示在2h后，离子脱附达到最大值，其中铅、镉离子脱附效率在95％以上，汞离子的脱附效率也能达到50％。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 凝胶概述

1．1．1 水凝胶简介

1．1．2 水凝胶形态种类

1．1．3 水凝胶的制备

1．2 pH敏感水凝胶

1．2．1 影响pH敏感凝胶溶胀的因素

1．2．2 pH敏感凝胶的研究进展

1．3 淀粉基水凝胶

1．3．1 原淀粉

1．3．2 变性淀粉

1．3．3 淀粉基水凝胶及其应用

1．4 重金属离子污染的处理

1．4．1 重金属离子污染概述

1．4．2 重金属离子污染处理方法

1．4．3 水凝胶吸附重金属离子研究进展

1．5 课题研究内容及设计思想

2 淀粉衍生物的制备

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与设备

2．2．2 药品与试剂

2．2．3 2-羟基-3-烯丙氧基丙基羟乙基淀粉醚(HAP-HES)的制备

2．2．4 2-羟基-3-(3’-氨基乙硫基丙氧基)丙基羟乙基淀粉醚(HAEP-HES)的制备

2．2．5 红外光谱检测

2．2．6 氢核磁共振光谱测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 HAP-HES的制备

2．3．2 HAEP-HES的制备

2．3．3 结构表征

2．4 本章小结

3 2-羟基-3-(3’-氨基乙硫基丙氧基)丙基羟乙基淀粉醚凝胶的制备及其性质

3．1 实验部分

3．1．1 仪器与设备

3．1．2 药品与试剂

3．1．3 2-羟基-3-(3’-氨基乙硫基丙氧基)丙基羟乙基淀粉醚凝胶(HAEP-HES)的制备

3．1．4 HAEP-HES凝胶的表征

3．1．5 凝胶pH敏感性的测试

3．1．6 凝胶溶胀动力学和退溶胀动力学测试

3．1．7 离子强度对凝胶溶胀性能测试

3．2 结果与讨论

3．2．1 2-羟基-3-(3’-氨基乙硫基丙氧基)丙基羟乙基淀粉醚凝胶(HAEP-HES)的制备

3．2．2 HAEP-HESEDGE和HAEP-HESECH的表征

3．2．3 HAEP-HESEDGE和HAEP-HESECH洲的pH敏感性

3．2．4 HAEP-HESEDGE和HAEP-HESECH的溶胀和退溶胀动力学

3．2．5 离子强度对凝胶HAEP-HESEDGE和HAEP-HESECH的溶胀性能的影响

3．3 本章小结

4 2-羟基-3-(3’-氨基乙硫基丙氧基)丙基羟乙基淀粉醚凝胶金属离子吸附性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与设备

4．2．2 药品与试剂

4．2．3 凝胶吸附离子试验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 离子起始浓度对HAEP-HESEDGE和HAEP-HESECH凝胶吸附性能的影响

4．3．2 吸附时间对HAEP-HESEDGE和HAEP-HESECH吸附性能的影响

4．3．3 酸浓度对HAEP-HESEDGE和HAEP-HESECH吸附性能的影响

4．3．4 酸浓度及脱附时间对HAEP-HESEDGE和HAEP-HESECH脱附性能的影响

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢