磁性淀粉微球的功能化及吸附性能研究
淀粉是一种廉价、易得、无毒绿色的多糖生物材料，被广泛应用于食品、医药、纺织等行业。淀粉结构中的大量羟基基团为淀粉化学改性提供了良好载体，经过改性的淀粉改变了原淀粉的一些物理和化学性质，使得淀粉更能满足于人们的需要。本文制备了淀粉微球、磁性淀粉微球和功能化磁性淀粉微球，对各种产物进行了表征，在此基础上，研究了淀粉微球(CSMs)、磁性淀粉微球(MCSMs)对甲基紫(MV)染料的吸附行为和功能化磁性淀粉微球(FMCSMs)对Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附和竞争吸附行为。主要研究成果包括: 1.以淀粉(ST)为主要原料、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂、K2S2O8/NaHSO3为引发剂，采用微波辅助反相乳液法制备了CSMs，最优合成条件为:ST浓度10％、MBAA0.3 g·(g ST)-1、引发剂0.15g·(g ST)-1、聚合温度60℃、反应时间40 min。CSMs的溶胀度、含氮量分别为800％、1.7％，在保持淀粉原有功能基团和分子结构的基础上，引进了一些新的功能基团如羰基和酰胺基团。与淀粉相比，CSMs的单点吸附总孔容，t-Plot微孔面积、平均孔宽及粒径均相应增加。CSMs对MV的吸附行为研究表明:CSMs对MV的吸附量并没有因溶液初始pH(2-10)的不同而发生明显改变，在298 k温度下的最大吸附量为99.3 mg/g，等温吸附实验数据更符合Langmuir模型，吸附是一个自发、放热的过程，吸附过程遵循二级动力学模型。 2.以ST和水基磁流体为主要原料、MBAA为交联剂、K2S2O8/NaHSO3为引发剂，采用微波辅助反相乳液制备了MCSMs，最优合成条件为:ST浓度12％、MBAA20％、引发剂4 g/L(总体积)、Modified-Fe3O425.2 mg/mL(水相体积)、油水比3.0。MCSMs的溶胀度、含氮量分别为600％、2.3％;除了保持着淀粉的原有功能基团外，还引进了一些新的功能基团如羰基、酰胺基团;MCSMs的磁含量约为18.0％，饱和磁强约为12.0emu/g，并表现出顺磁性的特征;MCSMs在水溶液中能充分分散，在简单磁场下能够快速固液分离。MCSMs对MV的吸附及解吸行为研究表明:在303 k温度下对MV的吸附量最大，为128.7 mg/g，pH对MV的吸附没有明显影响，低温更有利于对MV的吸附，Cl-对MV的吸附有强烈的抑制作用;等温吸附曲线遵循Langmuir等温吸附模型，动力学数据遵循二级动力学模型，吸附是一个自发的、放热过程;MV与MCSMs之间的静电作用、氢键和疏水作用是MCSMs吸附MV的主要机理，0.2 mol/L氯化钠+80％乙醇溶液对已附着MV的MCSMs进行6次吸附-解吸循环处理后，MV的吸附量仪从85.4 mg/g下降到77.7 mg/g，说明MCSMs具有良好的解吸再生能力。 3.以自制MCSMs为主要原料，磷酸、尿素为改性剂，采用固相合成技术制备了FMCSMs，最优合成条件为:磷酸1.5 mmol/g MCSMs，M（尿素/磷酸）4，时间3h，温度150℃。在最佳条件下合成的FMCSMs对MV的吸附量为305.0 mg/g，FMCSMs的溶胀度、含氮量、含磷量分别为1500.0％、10.8％、2.5％;除了保持着MCSMs的原有功能基团外，还引进了一些新的功能基团如氨基甲酸酯、磷酸等功能基团;该微球饱和磁强约为5.2 emu/g，并表现出超顺磁性的特征。FMCSMs对Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)及Cd(Ⅱ)的吸附及竞争吸附研究表明:在303 k温度下对Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)及Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别为13.4、13.0、20.9 mg/g，pH低于4.0不利于对重金属离子的吸附，高温更有利于对重金属离子的吸附;等温吸附曲线遵循Langmuir等温吸附模型，动力学数据遵循二级动力学模型，吸附是一个自发的、吸热过程;重金属离子与FMCSMs之间弱的离子键是吸附的主要机理，FMCSMs对三种重金属离子具有选择吸附性能:Cu(Ⅱ)＞Cd(Ⅱ)＞Ni(Ⅱ)。
淀粉微球;功能化;吸附性能;超顺磁性
广东工业大学
硕士
环境科学与工程
林亲铁
2014
中文
O647.3;TB383
98
2014-10-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）