新型吸附材料淀粉微球的制备和吸附性能研究

摘要

本文主要研究内容及研究结果为： (1)以可溶性淀粉为原料，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用反相悬浮聚合得到了一种交联淀粉微球(CSM)，通过单因素实验和正交设计实验研究制备条件对微球理化性质的影响，推导出平均粒径与主要影响因素之间的多项回归方程，以期通过优化工艺条件实现对实验的预测和控制。利用扫描电镜、红外光谱仪、X射线衍射仪和综合热分析对CSM结构进行表征，结果表明：采用反相悬浮技术合成淀粉微球工艺较简便，反应时间较短，反应条件温和，各因素较易控制，重现性好。对CSM的结构研究表明，除可作为药物载体外，CSM还可作为良好的重金属吸附剂和负载金属催化剂载体； (2)研究了CSM对Cu2+的吸附行为，利用红外光谱仪、X射线衍射仪和综合热分析仪对吸附产物进行结构表征，研究了吸附机理。结果表明：CSM对Cu2+吸附行为符合Freundlich吸附等温方程。CSM通过物理吸附、配位吸附方式吸附Cu2+，Cu2+可与CSM上酰胺基和羟基形成配位键，吸附Cu2+使CSM结晶结构被进一步破坏，结晶度下降，使CSM总体热稳定性下降，Cu2+对CSM主链的分解具有一定的催化作用； (3)研究了在不同温度下CSM对Ni2+的静态吸附行为，并根据吸附等温线研究了吸附热力学性质，结果表明：在308～328K和研究的浓度范围内，CSM对Ni2+吸附行为同时符合Langmuir方程和Freundlich方程；CSM吸附Ni2+的吸附焓变△H、吸附自由能变△G、吸附熵变△S均为负值，表明吸附是一个自发的、放热的熵减小过程，适当降低温度有利于吸附。热力学参数分析结果表明，CSM对Ni2+其吸附为物理吸附过程，对吸附容量的贡献主要来自于CSM的相当大的比表面积和孔隙结构。 (4)研究了CSM对Co2+的静态吸附行为，根据吸附等温线研究了吸附热力学性质，分析了其吸附动力学特性，并初步探讨了吸附机理。结果表明：在研究的浓度范围内，CSM对Co2+吸附等温线同时符合Langmuir和Freundlich等温方程，不同温度下，CSM吸附Co2+的吸附焓变△H、吸附自由能变△G、吸附熵变△S均为负值，表明吸附是一个自发的、放热的过程，降低温度有利于吸附;CSM主要通过物理吸附、配位吸附方式吸附Co2+，吸附同时受液膜扩散和颗粒内扩散过程控制，液膜扩散为吸附过程的主控步骤，表观吸附速率常数k1为0.0686min-1，二级速率常数k2为0.0023g.mg-1.min-1。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2淀粉及改性淀粉

1.2.1淀粉的分子结构

1.2.2淀粉的颗粒结构

1.2.3淀粉的物理化学性质

1.2.4改性淀粉

1.3淀粉基吸附材料

1.3.1处理含重金属离子废水的主要方法

1.3.2吸附剂的概述

1.3.3淀粉基重金属离子吸附剂

1.3.4淀粉基吸附剂吸附重金属离子的过程

1.3.5淀粉吸附剂的分类

1.3.6淀粉基吸附剂与其他吸附剂对重金属离子吸附能力的比较

1.4淀粉微球研究现状

1.4.1淀粉微球的制备方法

1.4.2淀粉微球的性质

1.4.3淀粉微球技术的应用

1.5本课题的意义及任务

2淀粉微球(CSM)的制备

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂

2.2.2仪器

2.2.3合成原理

2.2.4合成步骤

2.2.5淀粉微球粒径及粒度分布的测定

2.2.6淀粉微球的溶解性

2.2.7淀粉微球溶胀性能的研究

2.2.8单因素实验

2.2.9正交设计实验

2.2.10结构表征

2.3结果与讨论

2.3.1淀粉微球粒径及粒度分布

2.3.2淀粉微球的溶解性研究

2.3.3淀粉微球的溶胀度研究

2.3.4单因素实验结果

2.3.5正交设计实验结果

2.3.6扫描电镜(SEM)分析

2.3.7红外光谱(FTIR)分析

2.3.8 X射线衍射(XRD)分析

2.3.9热性能分析

2.4结论

3 CSM对Cu2+的吸附性能及吸附机理研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂

3.2.2仪器

3.2.3静态吸附实验

3.2.4红外光谱、X射线衍射和热性能测试

3.3结果与讨论

3.3.1吸附等温线

3.3.2红外光谱分析

3.3.3 X射线衍射分析

3.3.4热性能分析

3.4结论

4 CSM对Ni2+的吸附性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1试剂

4.2.2仪器

4.2.3吸附等温线测定

4.3结果与讨论

4.3.1 CSM对Ni2+的吸附等温方程

4.3.2 CSM对Ni2+的吸附热力学性质

4.3.3吸附机理的探讨

4.4结论

5 CSM对Co2+的吸附行为研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1试剂

5.2.2仪器

5.2.3静态吸附实验

5.2.4吸附动力学实验

5.3结果与讨论

5.3.1等温吸附线

5.3.2吸附热力学研究

5.3.3吸附动力学研究

5.3.4吸附速率控制步骤的确定

5.4结论

6总结

6.1主要工作

6.1.1合成与结构表征部分

6.1.2吸附性能研究

6.2主要创新点

6.3进一步的工作

参考文献

致谢

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