阴、阳离子型淀粉微球的制备与吸附性能研究

摘要

淀粉是一神储量丰富、价格低廉、可生物降解的绿色化工原料。以淀粉为原料进行其改性工作在近年来显得相当活跃。淀粉交联淀粉微球是人造衍生物之一，具有来源广泛、成本低、粒度均匀、较大的比表面积和空隙率，机械强度高，大量的活性基团，且化学性质稳定，还具有生物降解性、生物相容性等优点，因此淀粉微球的制备和应用研究成为研究的热点。
　　 本文首先以可溶性淀粉为原料，以Span60和Tween60为复配乳化剂，N.N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂，在反相悬浮体系中以K2S2O8-NaHSO3引发剂合成中性淀粉微球，综合考察了制备交联高分子淀粉微球的各个单因素对微球的平均粒径以及形貌的影响，得出影响微球平均粒径的主要因素为交联剂的用量及油水两相体积比，制备的最佳外在因素条件：反应温度为60℃，反应时间为2小时，搅拌速率为600r·min-1。通过扫描电子显微镜等其它现代分析仪器对交联高分子淀粉微球进行了表征，结果表明，交联剂与可溶性淀粉发生了交联共聚反应；与可溶性淀粉相比，交联高分子淀粉微球的溶胀度降低，结晶度下降，耐热性增强；形态圆整，粒度均匀，表面粗糙，有空隙发育并且比表面积大，这就为交联高分子淀粉微球成为药物载体和工业上的废水吸附剂提供了条件。
　　 其次在合成中性淀粉微球的基础之上，再用醚化剂GTA与中性淀粉微球反应，制得阳离子淀粉微球。并利用红外光谱、扫描电镜、粒度分析仪对阳离子淀粉微球进行了表征分析。结果表明：制备的阳离子淀粉微球形态圆整、表面粗糙、平均粒径20.2μm;红外测试表明：淀粉和MBAA发生交联反应，并接枝有季铵盐阳离子基团；以甲基橙为有机小分子模型，研究了微球对甲基橙的吸附特征，阳离子淀粉微球对甲基橙的吸附行为符合Langmiur方程和Freundlich方程。
　　 最后本文研究了阴离子高分子淀粉微球的制备和应用。研究阴离子淀粉微球对Hg2+的吸附行为，考察pH、时间、温度等因素对其吸附性能的影响。结果表明：在40℃、吸附时间150min、pH为6的条件下，对Hg2+的吸附效果最好，最大吸附容量为2.30mmol. g-1：阴离子淀粉微球对Hg2+的吸附行为既符合Langmuir等温吸附方程又符合Freundlich等温吸附方程；研究阴离子淀粉微球对Cd2+的吸附行为，考察了pH、时间等因素对其吸附率的影响。结果表明：阴离子淀粉微球对Cd2+的吸附行为既符合Langmuir等温吸附方程又符合Freundlich等温吸附方程；同时，分别采用拟一级模型和拟二级模型考察其吸附动力学，并计算这些动力学模型的速率常数，实验数据和拟二级模型计算结果之间有较好的相关性。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 高分子微球概述

1.1.1 高分子微球的名称和分类

1.1.2 高分子微球的功能

1.1.3 高分子微球材料

1.1.4 高分子微球的制备方法

1.2 高分子微球的应用

1.2.1 高分子微球在医学工程中的应用

1.2.2 高分子微球在生物技术中的应用

1.3 淀粉基微球的概述

1.3.1 淀粉的分子结构与理化性质

1.3.2 交联淀粉微球的合成研究进展

1.3.3 交联淀粉微球的吸附性能研究

1.3.4 改性交联淀粉微球的研究

1.4 交联淀粉微球技术的应用

1.5 本课题的意义及任务

2 交联淀粉微球(CSM)的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 仪器和试剂

2.2.2 合成实验步骤

2.2.3 交联淀粉微球产品(CSM)的产率计算

2.2.4 交联淀粉微球的溶解性测定

2.2.5 交联淀粉微球的吸水性能测定

2.2.6 交联淀粉微球的溶胀度测定

2.2.7 交联淀粉微球的表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 反应机理

2.3.2 交联淀粉微球的溶解性分析

2.3.3 交联淀粉微球的溶胀度分析

2.3.4 交联淀粉微球的粒径及粒度分析

2.3.5 交联淀粉微球合成的单因素实验结果

2.3.6 交联淀粉微球的扫描电子显微镜分析

2.3.7 交联淀粉微球的红外光谱分析

2.3.8 交联淀粉微球的X衍射分析

2.3.9 交联淀粉微球的DSC分析．

2.3.10 交联淀粉微球的TGA分析

2.4 本章小结

3 阳离子型交联高分子淀粉微球对甲基橙的吸附

3.1 引言

3.2 实验

3.2.1 仪器和试剂

3.2.2 阳离子淀粉微球的制备

3.2.3 阳离子淀粉微球的表征

3.2.4 阳离子淀粉微球对甲基橙的吸附

3.3 结果与讨论

3.3.1 反应机理

3.3.2 阳离子淀粉微球的表征结果

3.3.3 阳离子淀粉微球对甲基橙的吸附研究

3.4 本章小结

4． 阴离子型交联高分子淀粉微球对Hg2+的吸附研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 仪器与试剂

4.2.2 阴离子淀粉微球合成

4.2.3 结构表征

4.2.4 阴离子淀粉微球对Hg2+吸附实验

4.3 结果与讨论

4.3.1 阴离子淀粉微球的扫描电镜分析结果

4.3.2 红外光谱(IR)分析结果

4.3.3 阴离子淀粉微球吸附性能的影响因素

4.3.4 阴离子淀粉微球对Hg2+的等温吸附研究

4.3.5 阴离子淀粉微球对Hg2+的吸附热力学性质

4.4 本章小结

5. 阴离子型交联高分子淀粉微球对Cd2+的吸附研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验原理

5.2.2 仪器与试剂

5.2.3 阴离子淀粉微球合成

5.2.4 结构表征

5.2.5 阴离子淀粉微球对Cd2+吸附实验

5.3 结果与讨论

5.3.1 pH值对吸附率的影响

5.3.2. 吸附时间对吸附率的影响

5.3.3 吸附等温线

5.3.4 阴离子淀粉微球对Cd2+的吸附动力学

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录