壳聚糖改性吸附剂的制备及其吸附性能研究课件

1、壳聚糖改性吸附剂的制备及其吸附性能研究指导教师: 王凯老师学生姓名: 付晨星专业班级: 应用化学1201学 号: 3123040106 课题意义与研究内容 实验部分 结果与讨论 结 论 参考文献主要内容第一部分 课题意义与研究内容1.课题意义 壳聚糖是一种天然高分子化合物，分子中含有大量氨基和羟基，对金属离子有良好的吸附性能。但作为吸附剂，不仅要求具有高的吸附能力，还需要良好的稳定性。壳聚糖在酸性条件下易软化流失，为克服这一困难，常对其进行交联改性。但通常壳聚糖交联改性后，受交联剂和吸附对象的特性等因素的影响，其吸附能力有所下降或无明显提高。如何提高交联产物的吸附能力，是改性壳聚糖具有真正应用

2、价值的前提。 壳聚糖来自天然虾、蟹壳，无毒、无味，可生物降解，是一种高附加值的高科技精细化学品。随着甲壳素或壳聚糖及其衍生物越来越受到人们的关注，其应用也越来越广泛。特别是对改性壳聚糖衍生物的吸附性能研究及其在环保、痕量会属元素分析上应用研究。 由于壳聚糖分子中的NH2在pH较低的水溶液中易形成一NH3+而使壳聚糖溶于水，造成壳聚糖的流失，另外，壳聚糖在吸附过程中因其氨基并未全部参与与金属离子的络合而使其吸附能力受到限制。而Schiff碱型大环化合物具有对重余属离子吸附能力很强的特点。2.研究内容 先合成了有双官能团的中间产物1，3一双(2一甲酰基一5一溴苯氧基)一2一丙醇，再与壳聚糖交联反应

3、，制得两种新型交联壳聚糖吸附剂。产物具有网状微孔结构，通过考察其对Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附性能，结果表明吸附性能良好。第一章 试剂及仪器试剂与仪器壳聚糖(浙江玉环海洋生物化学有限公司)，脱乙酰度为90；氯酸钠、氢氧化钠、氢溴酸、冰乙酸、环氧氯丙烷等均为分析纯；水杨醛、CuS04、ZnS04、CdS04均为化学纯。PHS-3c型精密pH计(上海精密仪器科学仪器有限公司)，SHABA型水浴恒温振荡器(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)，A西lent1100 LCMSD鼢es质谱仪(美国安捷伦公司)，R70型红外光谱仪(德国Bmker公司)(KBr压片)，QuA NrIA200型扫描电子显

4、微镜(德国Bmker公司)，AS990型原子吸收分光光度计(北京普析通用有限公司)。1.1交联壳聚糖的制备1.21.2.1 制备路线1.2.2.1 5-溴水杨醛的制备 按参考文献5制备。1.2.2.2 1，3-双(2-甲酰基-5-溴苯氧基)-2-丙醇的制备 准确称取固体氢氧化钠220g，5-溴水杨醛1106 g置于250 mL四口烧瓶中，加入50 mL去离子水，氮气保护下，匀速搅拌，加热至60，恒温。缓慢滴加218 g(183 mL)环氧氯丙烷，混合物继续反应3 h。溶液颜色变为褐色，冷却过滤，褐色固体用去离子水洗涤数次，晾干。用甲醇水(vV为81)重结晶，得到白色固体。真空干燥，得产物。 1

5、.2.2 制备方法1.2.2.3 交联壳聚糖(CCIS)的制备 准确称取100 g壳聚糖于三口烧瓶，加入50mL1的乙酸溶液，搅拌溶解。水浴加热至60，恒温，匀速搅拌。缓慢滴人10 mL溶有142 g1，3-双(2-甲酰基5-溴苯氧基)一2丙醇的N，N一二甲基甲酰胺溶液，反应2 h后加入质量分数5的NaOH溶液，调节体系的pH值10左右，混合物继续反应10 h后抽滤，用N，N二甲基甲酰胺、甲醇和去离子水反复洗涤，真空干燥，得产物。1.2.3 交联还原壳聚糖(H-CCTS)的制备 以上反应体系中加入120g NaBH4还原，制得产物交联还原壳聚糖(HCCTS)。吸附性能的测定 准确称取吸附剂50

6、mg，置于100mL具塞的锥形瓶中，分别量取50mL一定浓度的金属离子溶液于锥形瓶中，调节体系pH值为5.5，25，120 rmin条件下振荡10 h，静置，过滤，取滤液，稀释后用原子吸收分光光度法测定吸附后各金属离子浓度。按下式计算吸附容量Q： 式中：Q-吸附容量(mg/g)；W-吸附剂干重(g)；V-金属离子溶液的体积(mL)；C0-吸附前溶液中金属离子的浓度(mg/L)；C1-吸附后溶液中金属离子的浓度(mg/L)。 改变溶液的PH值，以吸附容量Q对pH作图，绘制Q-pH曲线。每隔一定时间测定吸附后的溶液中金属离子的浓度，绘制Qt曲线。1.3第三部分 结果与讨论图 1 质谱图1，3-双(

7、2-甲酰基-5-溴苯氧基)-2-丙醇纯度检测2.1.1 交联产物红外分析A(CTS)B(CCTS)B(CCTS)C(H-CCTS) 对照图2(A)，从图2(B)中可以看到，在l66868 cm-1处出现C=N的特征吸收峰，说明CTS在一NH2上发生了交联反应生成希夫碱。在67181cm-1上新增了一个强的吸收峰，是苯环上CBr的特征吸收峰，在81505 cm-1上是苯环上CH的振动峰，1 46553 cm-1上是CH2的振动峰。这些峰都说明在CCTS的结构中存在苯环、芳氢和溴。 从图2(C)中看到，图2(B)中l 66868cm-1处的C=N特征吸收峰明显变弱，并在l 32420cm-1处出现

8、CN的特征吸收峰，说明在C=N上发生了还原反应，形成了所要求的HCCTS。分析图2（A）、（B）、（C）得：2.1.3 扫描电镜分析 图3分别为吸附剂CTS，CCTS，H-CCTS和H-CCTS吸附Cu2+后表面的扫描电镜照片。从图3(A)、(B)可以看到，CTS的表面比较平滑，而CCTS表面凸凹不平，具有大量空穴；在CCTS与NaBH4发生还原反应后，可以看到产物H-CCTS的表面疏松，均匀分布着更丰富的孔结构，这种多孔结构为吸附剂吸附金属离子提供了便捷通道。从3(D)图可见，Cu2+均匀吸附在吸附剂表面。2.2吸附剂的吸附性能2.2.1 吸附剂的吸附容量 实验条件下，CCTS和H-CCTS

9、对各金属离子的吸附容量见表1。 由表1可见，将CCTS还原后的产物H-CCTS对Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附容量都有不同程度的增加，其中Cd2+增加幅度最大。CCTS和H-CCTS对金属离子Cu2+的吸附性能吸附曲线2.2.3 吸附动力学CCTS和H-CCTS对Cu2+的吸附动力学曲线如图5所示。由图可见：CCTS和H-CCTS对Cu2+的吸附量随时间变化的规律相似，均随时间的延长而增加，吸附约6 h后趋于平缓，最终达到吸附平衡。采用假一级动力学方程(如下)对吸附初始阶段(04 h)的速率曲线进行拟合：式中：Qt-t时间的吸附量(mgg)；Q-平衡吸附量(mg/g)；t-吸附时间(h)；

10、K-吸附速率常数以-ln(1-Qt/Q)为纵坐标，t为横坐标，将金属离子在25的动力学曲线变形为一条直线，K为该直线的斜率，如图6所示。K值的大小反映吸附速率的快慢，因此，CCTS和HCCTS对Cu2+的吸附速率相当。(1)以自制的1，3-双(2一甲酰基一5一溴皋氧基)一2一丙醇为交联剂与壳聚糖反应制备得CCTS，并用NaBH4还原得到H-CCTS；(2)溶液pH值、吸附时间对CCTS、H-CCTS的吸附性能均有影响；(3)CCTS对Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附容量分别为112.84、81.64、100.93 mg/g；而H-CCTS对Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附容量分别为：129.64、106.64、210.03 mg/g。吸附约6 h达到平衡。结 论第五部分 参考文献1庄华，张征林，金万勤等交联聚氨基壳聚糖螯合树脂的制备及吸附性能研究J离子交换与吸附，2001，17(6)：5075142安胜姬二异氰酸酯与壳聚糖交联产物对金属离子的吸附性能J长春科技大学学报，1999，29(2)：19