单分散性壳聚糖微球的制备及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

1、,单分散性壳聚糖微球的制备及其对Cr（）吸附性能的实验研究,北京化工大学,指导老师：刘君腾 副教授 组长：李泽洲 组员：于杰平、周遨,1、文献综述 2、实验内容 3、实验与方法 3.1 实验原理、材料及装置 3.2 实验方法 4、结果与讨论 4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球； 4.2 壳聚糖微球对Cr()吸附性能的实验研究； 5、结论,内容提要,可生物降解聚合物微球的研究日益受到医药、食品、化工等领域的重视；而传统方法制备的微球单分散性差，形状不规则； 含铬废水对人体健康以及生态环境都有着极大的危害。治理铬污染受到人们的普遍重视。,1、文献综述,壳聚糖（chitosan）是由甲壳素（

2、chitin）经脱乙酰化反应而得，具有良好的生物可降解性、生物相容性，且无毒害等。 壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，特定条件下可生成各种具有不同性能的壳聚糖衍生物，已得到广泛应用。,1、文献综述,传统微球制备方法 乳化-交联法 乳化-溶剂蒸发法 单凝聚法 复凝聚法 喷雾干燥法,缺点 尺寸不均一 制备效率低 重复性差 形态、大小难以控制,1、文献综述,利用微通道装置制备出的微球粒径均一、可控，单分散性好。,1、文献综述,传统铬废水处理方法 离子交换法 还原沉淀法 电解法,缺点 耗盐量大 二次污染 成本高,1、文献综述,2、实验内容,实验装置示意图：,实验原理： 微尺度下，影响流体流动和分散的主

3、要作用力包括粘性力、惯性力和界面张力。其中，界面张力和粘性力起着重要作用。 微通道中液滴的形成主要由界面张力和连续相剪切力的竞争决定。,表征方法： 1）w/o液滴尺寸的测定；2）微球形态的观察,3.1 实验原理、材料及装置,实验装置：,实验原理： 天然高分子壳聚糖因其分子结构上氨基、羟基在酸性条件下能与金属离子形成配位键而具有极强的螯合能力。 检测指标： 取不同时间的样液稀释1000背后测其分光度值,3.1 实验原理、材料及装置,1）W/O液滴的制备 以浓度1%w/v的壳聚糖醋酸溶液作为水相，以加入一定量Span80的液体石蜡溶液作为油相，分别将油相和水相装入相应的注射器中，用恒流泵控制两相流

4、量，得到单分散性壳聚糖W/O液滴。 2）壳聚糖凝胶的制备 将W/O液滴收集到1mol/L的NaOH溶液中，两相分离，液滴进入水相并迅速固化，将溶液倒入分液漏斗中静置2小时后取出微球，用去离子水清洗微球至NaOH洗净。 3）交联固化 将25%v/v的戊二醛水溶液倒入壳聚糖凝胶微球中，进行交联固化45h，取微球并洗净，常温干燥，制得成品。,3.2 实验方法,1）壳聚糖微球以及Cr()溶液的配制： 运用滴加成球法制备出一批壳聚糖微球作为吸附剂；取C(Cr2O7) =10000mg/L的溶液10ml稀释至100ml，所得溶液作为待吸附溶液。 2）吸附反应以及待测样液的采集： 取洁净干燥的500ml锥形

5、瓶，将10ml（壳聚糖溶液体积）微球以及100ml待吸附溶液加入锥形瓶中，用保险膜封好后立刻放入恒温振荡箱中，分别在10min、20min、30min、60min、120min、180min时刻取样12ml，将样液移入胶管中并编号。注意：每次取样后应调节溶液PH。 3）待测样液分光度的测定： 将所得样液稀释1000倍后加入2.5ml显色剂（二苯碳酰二肼），于UV-VIS测定其分光度（=540nm）。,3.2 实验方法,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,流型的研究-液-液两相流型的考察 流型的研究-乳化剂用量的考察 流型的研究-流型图的考察 液滴尺寸的影响因素-两相流量的影响 液滴尺寸

6、的影响因素-壳聚糖浓度的影响 壳聚糖微球的表征,流型的研究-液-液两相流型的考察 通过选择注射器型号，调控两相流量，在微通道中得到不同流型：,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,液滴流,（液滴）射流,液柱流,平行流,图一 两相流量对两相流型的影响,流型的研究-乳化剂用量的考察,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,以0.5%(w/v)壳聚糖醋酸溶液为分散相，在液体石蜡中加入Span80作为连续相，固定两相流量比为1:1，流量控制为26uL/min,图2. 两相流型随Span80浓度的变化 （a. 不加Span80；b. CSpan80=0.001%w/w；c. CSpan80=0

7、.003%w/w； d. CSpan80=0.005%w/w；e. CSpan80=0.02%w/w；f.CSpan80=0.05%w/w）,流型的研究-流型图的考察 以0.5%(w/v)壳聚糖醋酸溶液为分散相，在液体石蜡中加入Span80作为连续相，调控两相流量比：,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,图3. T型微通道中液-液两相流型图（CSpan80=0.006%w/w）,液滴尺寸的影响因素-两相流量的影响 连续相为含有0.109%w/w Span80的液体石蜡，分散相为0.5%w/v壳聚糖醋酸溶液，固定Qc:Qd=38:1,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,图4. 液

8、滴直径随总流量的变化 （a. Qc:Qd=500L/min:13L/min；b. Qc:Qd=1000L/min:26L/min； c. Qc:Qd=2033L/min:53L/min；d. Qc:Qd=4066L/min:107L/min）,液滴尺寸的影响因素-两相流量的影响 连续相为含有0.109%w/w Span80的液体石蜡，分散相为0.5%w/v壳聚糖醋酸溶液，固定水相流量为53L/min，改变油相流量,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,图5. 液滴直径随两相流量的变化 （a. Qc:Qd=355L/min:53L/min；b. Qc:Qd=536L/min:53L/min

9、； c. Qc:Qd=968L/min:53L/min；d. Qc:Qd=2033L/min:53L/min）,液滴尺寸的影响因素-壳聚糖浓度的影响 连续相为含有0.109%w/w Span80的液体石蜡，分散相为一定浓度壳聚糖醋酸溶液，固定Qc:Qd=18:1,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,图7. 液滴直径随壳聚糖浓度的变化,壳聚糖微球的表征 将25%v/v的戊二醛水溶液倒入壳聚糖凝胶微球中，进行交联固化，并离心。由激光粒度仪对壳聚糖微球粒度进行分析。,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,图8.壳聚糖微球的粒径分布,粒度分析报告得出平均粒径dAV为459.5m。,壳聚糖

10、微球的表征 制备的液滴直径约为450m，交联过程中有一定溶胀，戊二醛溶液中的微球如图9所示；常温干燥后的微球粒径约为130m，电镜照片如图10所示：,4.1 T型微通道法制备单分散性壳聚糖微球,图9. 经过固化后的微球,图10. 交联后干球电镜照片,实验条件：Cr()：100ml，1000mg/L; 温度：24.5-25.5 壳聚糖浓度3%;HCL:1mol/L;振荡速率：150r/min,4.2 壳聚糖微球对Cr()吸附性能的实验研究,固定油水两相溶液，通过调控两相流量比，改变两相接触剪切力，可以出现不同流型：液滴流、（液滴）射流、液柱流和平行流；通过乳化剂浓度的变化改变两相流体与通道壁面的浸润性，从而改变两相流型 可以通过调控两相流量改变两相剪切力和改变表面活性剂Span80浓度，影响液-液两相界面张力及连续相与壁面张力来控制液滴尺寸；壳聚糖浓度的变化直接影响分散相（水相）的粘度，随壳聚糖的浓度增大，其粘度也越大，所形成