酵母菌诱导多级孔丝胶/京尼平/海藻酸钙水凝胶及其吸附行为

摘要

与传统水凝胶相比，超大孔或多级孔水凝胶具有更快的溶胀速度和更高的溶胀度。采用制孔剂可使水凝胶内部产生孔结构，然而一般的制孔方法如超临界CO2、表面活性剂、二氧化硅颗粒或碳酸氢盐等，都存在操作复杂、后处理繁琐、成本昂贵或化学药品残留等限制。酵母菌是一种兼性厌氧型真菌，在有氧和无氧的条件下都会新陈代谢产生CO2，人类利用其进行食物的发酵制作面包、馒头等。作为一种优秀的微生物发泡剂，具有繁殖速度快、产品多样化、来源广泛、价格低廉和安全环保等优点。
　　本论文借鉴面包和馒头成孔原理，将酵母菌发酵技术和离子交联相互融合，通过酵母菌/葡萄糖的发酵制孔制备出具有多级孔结构的海藻酸钙凝胶膜(MIHM)。系统研究了不同酵母菌/海藻酸钠质量比对MIHM凝胶膜的外观、孔洞形态和尺寸分布、亲疏水性、热稳定性和吸附性能的影响规律。结果表明:发酵液酵母菌/葡萄糖的引入降低了海藻酸钙凝胶膜的透光度，但实现了具有多级孔、大孔套小孔结构的海藻酸凝胶膜，孔径尺寸为2 nm-1 mm;多级孔结构的存在和酵母菌细胞的引入，使得凝胶膜接触角值从63.65°增107.83°，最大溶胀度从79.72下降到18.05。由于海藻酸钠和结晶紫存在的静电吸附作用，对浓度为10 mg/g的结晶紫吸附量达到18.40 mg/g，吸附行为符合伪一阶动力学模型。
　　其次，采用全互穿网络技术，在酵母菌/葡萄糖/海藻酸钙多孔凝胶体系中引入丝胶/京尼平交联网络，制得具有双网络结构的超大孔丝胶/京尼平/海藻酸钙水凝胶(MIDH-S/G)，系统研究了丝胶蛋白、丝胶/京尼平复合体系对MIDH-多孔凝胶的外观、形貌、亲疏水性、孔洞结构、热稳定性和力学性能的影响规律，确定了京尼平对丝胶分子的交联作用，阐述了双网络交联机理。在此基础上，对比分析了MIDH0、MIDH-S和MIDH-S/G三种多孔凝胶对结晶紫的吸附动力学行为，阐明了吸附机理。结果表明:所得水凝胶透光度为2.383-2.760，由于丝胶和京尼平反应前后均含大量极性基团，最大溶胀度从43.81增长到88.53，而接触角值从81.40°降到60.67°;MIDH凝胶具有多级孔结构，在大孔的周围还有大量的小孔存在，孔径范围为几微米到几百微米不等，且小孔多数为通孔，并成为大孔与大孔连通的通道;随频率增加，所有样品的储能模量都有所增大;三种样品的储能模量和损耗模量值都没有明显变化，说明样品已经形成了稳定的网络结构;MIDH多孔凝胶对浓度为10 mg/g的结晶紫吸附量达到7.26 mg/g，吸附行为符合伪一阶动力学模型。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 多孔材料

1．2 多孔水凝胶的制备和形态表征

1．2．1 水凝胶

1．2．2 多孔水凝胶

1．2．3 多孔水凝胶的制备

1．2．4 多孔水凝胶的孔洞结构表征

1．2．5 多孔水凝胶在组织工程和废水处理上的应用

1．3 海藻酸盐多孔水凝胶

1．3．1 海藻酸钠化学结构和物化性质

1．3．2 海藻酸钠在废水处理上的应用

1．4 酵母菌发酵

1．4．1 发酵的定义及其发展

1．4．2 酵母菌的细胞结构及生长繁殖

1．4．3 酵母菌发酵多孔凝腔

1．5 本课题的设想和主要研究工作

第二章 酵母菌发酵多孔海藻酸钙凝胶膜及其结晶紫染料吸附行为

2．1 引言

2．2．实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器

2．3 酵母菌发酵多孔海藻酸钙水凝胶

2．3．1 高活性干酵母的复水活化

2．3．2 酵母菌／葡萄糖／海藻酸钙多孔凝胶膜的制备

2．4 结构表征与性能测试

2．4．1 紫外／可见分光光度计(UV／vis)

2．4．2 环境扫描电子显微镜(ESEM)

2．4．3 场发射扫描电子显微镜(FESEM)

2．4．4 压汞法测试(MIP)

2．4．5 全自动物理化学吸附仪(BET)

2．4．6 接触角测试(Contact Angle，CA)

2．4．7 最大溶胀度测试

2．4．8 吸附动力学研究

2．5 结果与讨论

2．5．1 MIHM凝胶膜的外观和透光性

2．5．2 多孔MIHM凝胶膜的制备

2．5．3 MIHM凝胶膜的孔形态、孔隙率和孔径的研究

2．5．4 MIHM凝胶膜的亲疏水性和最大溶胀度行为

2．5．5 MIHM凝胶膜对结晶紫的吸附行为

2．6 本章小节

第三章 酵母菌发酵诱导多孔京尼平／丝胶／海藻酸钙双网络水凝胶及其吸附性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品和实验仪器

3．3 多孔双网络海藻酸钠／氯化钙／丝胶／京尼平凝胶膜的制备

3．4 结构表征和性能测试

3．4．1 最大溶胀度(MSR)

3．4．2 紫外可见分光光度计(UV／vis)

3．4．2 接触角测试(CA)

3．4．3 热重分析(TGA)

3．4．4 场发射扫描电子显微镜(FESEM)

3．4．5 压汞仪测试(MIP)

3．4．6 流变仪测试

3．4．7 动态力学性能分析(DMA)

3．4．8 吸附动力学研究

3．5 结果与讨论

3．5．1 MIDH凝胶膜的最大溶胀度和亲疏水性能

3．5．2 MIDH多孔凝胶膜的双网络交联机理和热稳定性

3．5．3 MIDH凝胶膜的于L洞形态和孔径分布

3．5．4 MIDH多孔凝胶的力学性能

3．6 本章小结

第四章 全文总结

参考文献

硕士期间发表论文和申请专利情况

致谢