含多个螯合基团和多重氢键的吸附树脂研究

摘要

壳聚糖是N-脱乙酰化甲壳素的衍生物,它是壳类海洋生物壳的主要成分,是仅次于纤维素的第二大天然生物高分子,具有胺基和羟基官能团,这些基团的存在使壳聚糖在生物高分子中具有独特性质,壳聚糖及其衍生物在实际应用中具有重要意义。壳聚糖球已经用于吸附柱中,它的使用也为其在吸附后的再生和重新利用提供了潜力。由于重金属离子许多是有毒的、致癌的,它们对水资源的污染一直是一个严重的环境问题和公共问题。所以,它们在环境中,尤其在水中的存在应予以控制；利用树脂对中药有效成分的吸附分离方面也需要提高吸附选择性。我们选用壳聚糖和三聚氰胺作为研究对象合成了具有一定功能的吸附树脂,使其利用氢键作用和螯合作用吸附分离中药有效成分和去除或回收重金属离子。 文献中报道的壳聚糖球的缺点是高的含水量和低的机械强度。本文中,壳聚糖/聚乙烯醇水溶液先悬浮在甲苯/氯仿溶液中形成液滴,然后通过蒸馏的方法将其中的一些水与甲苯共沸而蒸出,减少了悬浮液滴的含水量。戊二醛最后被加到悬浮液中,产生了低含水量、高机械性能的壳聚糖/聚乙烯醇(Chitosan/PVA)球形树脂。结果表明,戊二醛与聚乙烯醇在酸性条件下(pH为1和2)发生交联反应,在pH为4和5时壳聚糖的胺基与戊二醛形成西佛碱交联。氢离子既可以做使壳聚糖的胺基形成盐的保护剂,又可以做在戊二醛的醛基和聚乙烯醇的羟基间形成缩醛的催化剂。具有微米尺寸的交联壳聚糖/聚乙烯醇微球也通过蒸馏的方法制得,这是通过使用极稀的聚合物溶液在高度搅拌实现的。 将设计合成的具有较好机械性能的交联大孔壳聚糖/聚乙烯醇吸附树脂用于对铜离子的吸附,聚乙烯醇的加入使得壳聚糖吸附树脂中的活性基团胺基得以保留,增加了树脂与金属离子的作用点。通过静态吸附铜离子研究了吸附树脂的吸附等温线和吸附动力学,以及pH值对树脂吸附性质的影响,结果表明,pH6时吸附树脂具有最好的吸附性能。壳聚糖/聚乙烯醇树脂对铜离子的动态吸附实验和以0.2MEDTA进行的洗脱实验进一步表明合成的吸附树脂具有很好的去除废水中铜离子能力。 将壳聚糖/聚乙烯醇吸附树脂用三聚氰氯进行改性,在胺基上引入三聚氰胺的三嗪环结构,制得壳聚糖/聚乙烯醇/三聚氰胺(Chitosan/PVA/ME)树脂,增加壳聚糖上氢键吸附的作用点,提高了壳聚糖吸附树脂对金属离子和含酚类中药有效成分的吸附能力。通过元素分析方法测定所制得的树脂中C、H、N的含量,并利用静态吸附实验研究了树脂吸附铜离子和茶多酚的吸附性能。吸附铜离子的实验结果表明,用三聚氰胺改性的壳聚糖/聚乙烯醇吸附树脂对溶液pH值的依赖性很小。通过选择适当的分散剂和致孔剂,在酸、碱催化下用反相悬浮聚合的方法合成大孔三聚氰胺甲醛球形树脂,用静态吸附实验研究了三聚氰胺甲醛树脂对茶多酚和铜离子的吸附性能,结果表明溶液的pH值对铜离子的吸附性能影响不大。用简易BET法和BJH方法对三聚氰胺甲醛树脂的比表面积、孔径和孔体积的分布函数进行了测定。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

第一节吸附树脂简介和应用

1.1.1吸附树脂简介

1.1.2吸附树脂的应用

第二节壳聚糖吸附树脂简介与应用进展

1.2.1壳聚糖的简介

1.2.2球形壳聚糖树脂的制备

1.2.3壳聚糖的化学改性

1.2.4壳聚糖的物理改性

1.2.5球形壳聚糖树脂在吸附分离方面的研究进展

第三节三聚氰胺甲醛树脂简介与研究现状

1.3.1三聚氰胺甲醛树脂简介

1.3.2三聚氰胺甲醛树脂研究进展

1.3.3三聚氰胺甲醛树脂在吸附金属离子方面的研究进展

1.3.4由三聚氰氯制备三聚氰胺衍生物的研究进展

第四节本课题的构思和研究内容

参考文献

第二章具有高机械强度的交联壳聚糖／聚乙烯醇吸附树脂的制备

第一节引言

第二节实验部分

2.1.1实验原材料

2.1.2交联壳聚糖与PVA混合球的制备

2.1.3交联凝胶化时间的测定

2.1.4机械强度的测定

2.1.5含水量的测定

第三节实验结果和讨论

2.2.1 壳聚糖／聚乙烯醇混合溶液的制备与交联反应

2.2.2壳聚糖／聚乙烯醇树脂的制备和性能

2.2_3 壳聚糖／聚乙烯醇微球的制备

本章小结

参考文献

第三章壳聚糖/聚乙烯醇吸附树脂吸附铜离子的性能研究

第一节引言

第二节实验部分

3.1.1仪器与试剂

3.1.2 Chitosan／PVA吸附树脂的制备(方法同第二章)

3.1.3静态吸附实验

3.1.4动态吸附与洗脱实验

3.1.5吸附液铜离子浓度的测定

第三节实验结果与讨论

3.2.1 Chitosan/PVA吸附树脂的结构式

3.2.2 Chitosan/PVA吸附树脂对不同浓度CuSO4溶液的静态吸附

3.2.3 Chitosan/PVA吸附树脂在不同pH值时对铜离子的静态吸附

3.2.4 Chitosan/PVA吸附树脂对铜离子的静态吸附动力学

3.2.5 Chitosan/PVA吸附树脂对铜离子的动态吸附

3.2.6 Chitosan/PVA吸附树脂吸附铜离子的动态洗脱实验

本章小结

参考文献

第四章三聚氰氯改性壳聚糖/聚乙烯醇吸附树脂的制备及其性能研究

第一节引言

第二节实验部分

4.1.1实验试剂与仪器

4.1.2壳聚糖/聚乙烯醇大孔吸附树脂的制备(方法同第二章)

4.1.3 2，4-二胺基-6-氯-s-三嗪的制备

4.1.4 2，4-二胺基-6-氯-s-三嗪氯含量的测定

4.1.5三聚氰氯改性壳聚糖/聚乙烯醇大孔吸附树脂的制备

4.1.6元素分析的测定

4.1.7静态吸附性能的测定

4.1.8含水量的测定(方法同第二章)

4.1.9交换量的测定

第三节实验结果与讨论

4.2.1 Chitosan/PVA/ME树脂的制备

4.2.2壳聚糖/聚乙烯醇/三聚氰胺树脂树脂对金属铜离子的静态吸附

4.2.3壳聚糖/聚乙烯醇/三聚氰胺树脂对茶多酚和咖啡因的静态吸附

本章小结

参考文献

第五章三聚氰胺甲醛大孔吸附树脂的合成与性能研究

第一节引言

第二节实验部分

5.1.1实验仪器与试剂

5.1.2分散剂二醋酸纤维素的处理

5.1.3三聚氰胺-甲醛预聚体的制备

5.1.4三聚氰胺-甲醛吸附树脂的制备

5.1.5大孔三聚氰胺-甲醛吸附树脂的制备

5.1.6比表面积的测定

5.1.7含水量的测定(方法同第二章)

5.1.8孔容与孔径的测定

5.1.9静态吸附性能的测定

5.1.10吸附液浓度的测定

第三节实验结果与讨论

5.2.1树脂的合成

5.2.2含水量的测定

5.2.3静态吸附铜离子实验

5.2.4比表面积的测定

5.2.5孔容与孔径的测定

本章小结

参考文献

全文结论

致谢

个人简历、博士期间发表的学术论文