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淀粉作为食物原料存在于植物中,它由通过糖苷键相互连接的葡萄糖单元组成。淀粉有直链淀粉和支链淀粉两种不同的结构。直链淀粉的结构呈线型,由通过1-4α键连接的葡萄糖单元组成,而支链淀粉的结构则含有95%1-4α键和5%1-6α键的支链。淀粉具有可生物降解、成本低、易得等优点,在食品和其他工业中被广泛应用。然而天然淀粉在水中的溶解度低、凝沉、粘度损失和缺少一些功能基团,使其应用受到了限制。为了解决这些问题,需要对淀粉进行改性以扩大其在不同领域的应用范围。淀粉有许多不同的改性方法,主要有化学、物理和酶促改性等,其中最常用的方法是化学改性。常用于淀粉化学改性的方法有酸水解、交联、乙酰化/酯化、氧化和接枝等。
苯酚和酚类化合物会产生环境问题而影响人的生活。人体通过吸入香烟、雪茄和烟斗的烟雾很容易使苯酚进入到体内。苯酚引起的最常见问题是眼睛和皮肤的刺激以及肾脏和肝脏的损害。用于去除这些有毒物质的方法很多,如化学沉淀、电化学沉积、离子交换、浮选和吸附等。其中,吸附被认为是最有效的方法之一。活性炭和合成聚合物可作为良好的吸附剂,但是这些吸附剂也具有局限性,如它们不可生物降解,不可再生并且可能成为二次污染物。淀粉由于具有可生物降解、环保、易于获得和价格低廉等优点,是替代这些吸附剂的最佳选择之一。但由于天然淀粉对苯酚的吸附效率较低,需要对其进行化学改性。目前,改性淀粉已被用作去除苯酚的吸附剂,但它们的吸附性能,新的制备方法和机理等仍有待进一步探索。本论文主要开展化学改性淀粉的合成及其除苯酚性能研究。
通过羧甲基淀粉与甲基丙烯酸在过硫酸钾(KPS)引发下合成了羧甲基淀粉接枝聚甲基丙烯酸(CMS-g-PMAAs)。用核磁共振氢谱(1H NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对合成的改性淀粉进行了表征。通过X射线衍射(XRD)分析了改性淀粉的结晶性。改性淀粉的热稳定性通过热重分析(TGA)和差热分析(DTG)来分析。通过SEM观察了改性淀粉的形貌,并测试了改性淀粉作为吸附剂用于从气态混合物中去除苯酚的吸附性能。CMS-g-PMAA1、CMS-g-PMAA2和CMS-g-PMAA3的苯酚吸附效率分别为0.244g/g、0.247g/g和0.250g/g。
在溶剂DMF和吡啶存在下,使天然淀粉和多孔淀粉与琥珀酸酐反应,合成了系列琥珀酰化淀粉。通过1H NMR和FT-IR证实了琥珀酰化淀粉已被成功合成。使用XPert PRO(CuKα,λ=1.54)测定了天然淀粉、多孔淀粉和琥珀酰化淀粉的结晶性。琥珀酰化淀粉的热稳定性则通过TGA和DTG测定。用SEM观察了天然和多孔琥珀酰化淀粉的表面形貌。然后将这些琥珀酰化淀粉用作吸附剂以去除苯酚。SS1、SS2、SS3和SS4的苯酚吸附效率分别为0.165g/g、0.173g/g、0.183g/g和0.189g/g。
为去除苯酚,合成了不同的琥珀酰化羧甲基淀粉。在该合成中,羧甲基淀粉在吡啶和DMF溶剂存在下与琥珀酸酐反应。在合成过程中,将双羧基引入到了淀粉主链上。通过1H NMR和FT-IR表征了不同琥珀酰化羧甲基淀粉的结构。通过TGA和DTG表征了琥珀酰化羧甲基淀粉的热稳定性。通过XRD分析了琥珀酰化羧甲基淀粉的结晶和无定形性。使用不同的琥珀酰化羧甲基淀粉作为去除苯酚的吸附剂。S-CMS1、S-CMS2和S-CMS3的苯酚吸附效率分别为0.321g/g、0.322g/g和0.324g/g。
以过硫酸钾为引发剂,在水溶液中通过羧甲基淀粉与乙烯基咪唑的反应合成了不同的羧甲基淀粉接枝聚乙烯基咪唑。通过1H NMR和FT-IR测定了合成的羧甲基淀粉接枝聚乙烯基咪唑中质子环境的变化和功能基团。XRD分析结果显示,改性后结晶消失。通过TGA和DTG分析了其热稳定性。通过SEM观察了羧甲基淀粉和羧甲基淀粉接枝聚乙烯基咪唑的表面形貌。研究发现羧甲基淀粉接枝聚乙烯基咪唑是用于气相去除苯酚的良好的吸附剂。CMS-g-PVI1、CMS-g-PVI2和CMS-g-PVI3的苯酚吸附效率分别为0.190g/g、0.192g/g和0.199g/g。
通过磷酸化和自由基聚合合成了双重改性的淀粉-磷酸酯接枝聚甲基丙烯酸。通过1H NMR和FT-IR测试表明双重改性淀粉已被成功合成。通过TGA和XRD研究了改性淀粉的热稳定性和结晶性,通过SEM观察了其表面形貌。将改性淀粉作为吸附剂测试了其从气态混合物中去除苯酚的吸附性能。结果表明淀粉-磷酸酯接枝聚甲基丙烯酸对苯酚具有极好的亲和力。SP-g-PMAA1、SP-g-PMAA2和SP-g-PMAA3的苯酚吸附效率分别为0.100g/g、0.148g/g和0.151g/g。
实验结果表明,所得的化学改性淀粉可作为去除混合气体中苯酚的吸附剂,在卷烟工业中具有很好的应用前景。
苯酚和酚类化合物会产生环境问题而影响人的生活。人体通过吸入香烟、雪茄和烟斗的烟雾很容易使苯酚进入到体内。苯酚引起的最常见问题是眼睛和皮肤的刺激以及肾脏和肝脏的损害。用于去除这些有毒物质的方法很多,如化学沉淀、电化学沉积、离子交换、浮选和吸附等。其中,吸附被认为是最有效的方法之一。活性炭和合成聚合物可作为良好的吸附剂,但是这些吸附剂也具有局限性,如它们不可生物降解,不可再生并且可能成为二次污染物。淀粉由于具有可生物降解、环保、易于获得和价格低廉等优点,是替代这些吸附剂的最佳选择之一。但由于天然淀粉对苯酚的吸附效率较低,需要对其进行化学改性。目前,改性淀粉已被用作去除苯酚的吸附剂,但它们的吸附性能,新的制备方法和机理等仍有待进一步探索。本论文主要开展化学改性淀粉的合成及其除苯酚性能研究。
通过羧甲基淀粉与甲基丙烯酸在过硫酸钾(KPS)引发下合成了羧甲基淀粉接枝聚甲基丙烯酸(CMS-g-PMAAs)。用核磁共振氢谱(1H NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对合成的改性淀粉进行了表征。通过X射线衍射(XRD)分析了改性淀粉的结晶性。改性淀粉的热稳定性通过热重分析(TGA)和差热分析(DTG)来分析。通过SEM观察了改性淀粉的形貌,并测试了改性淀粉作为吸附剂用于从气态混合物中去除苯酚的吸附性能。CMS-g-PMAA1、CMS-g-PMAA2和CMS-g-PMAA3的苯酚吸附效率分别为0.244g/g、0.247g/g和0.250g/g。
在溶剂DMF和吡啶存在下,使天然淀粉和多孔淀粉与琥珀酸酐反应,合成了系列琥珀酰化淀粉。通过1H NMR和FT-IR证实了琥珀酰化淀粉已被成功合成。使用XPert PRO(CuKα,λ=1.54)测定了天然淀粉、多孔淀粉和琥珀酰化淀粉的结晶性。琥珀酰化淀粉的热稳定性则通过TGA和DTG测定。用SEM观察了天然和多孔琥珀酰化淀粉的表面形貌。然后将这些琥珀酰化淀粉用作吸附剂以去除苯酚。SS1、SS2、SS3和SS4的苯酚吸附效率分别为0.165g/g、0.173g/g、0.183g/g和0.189g/g。
为去除苯酚,合成了不同的琥珀酰化羧甲基淀粉。在该合成中,羧甲基淀粉在吡啶和DMF溶剂存在下与琥珀酸酐反应。在合成过程中,将双羧基引入到了淀粉主链上。通过1H NMR和FT-IR表征了不同琥珀酰化羧甲基淀粉的结构。通过TGA和DTG表征了琥珀酰化羧甲基淀粉的热稳定性。通过XRD分析了琥珀酰化羧甲基淀粉的结晶和无定形性。使用不同的琥珀酰化羧甲基淀粉作为去除苯酚的吸附剂。S-CMS1、S-CMS2和S-CMS3的苯酚吸附效率分别为0.321g/g、0.322g/g和0.324g/g。
以过硫酸钾为引发剂,在水溶液中通过羧甲基淀粉与乙烯基咪唑的反应合成了不同的羧甲基淀粉接枝聚乙烯基咪唑。通过1H NMR和FT-IR测定了合成的羧甲基淀粉接枝聚乙烯基咪唑中质子环境的变化和功能基团。XRD分析结果显示,改性后结晶消失。通过TGA和DTG分析了其热稳定性。通过SEM观察了羧甲基淀粉和羧甲基淀粉接枝聚乙烯基咪唑的表面形貌。研究发现羧甲基淀粉接枝聚乙烯基咪唑是用于气相去除苯酚的良好的吸附剂。CMS-g-PVI1、CMS-g-PVI2和CMS-g-PVI3的苯酚吸附效率分别为0.190g/g、0.192g/g和0.199g/g。
通过磷酸化和自由基聚合合成了双重改性的淀粉-磷酸酯接枝聚甲基丙烯酸。通过1H NMR和FT-IR测试表明双重改性淀粉已被成功合成。通过TGA和XRD研究了改性淀粉的热稳定性和结晶性,通过SEM观察了其表面形貌。将改性淀粉作为吸附剂测试了其从气态混合物中去除苯酚的吸附性能。结果表明淀粉-磷酸酯接枝聚甲基丙烯酸对苯酚具有极好的亲和力。SP-g-PMAA1、SP-g-PMAA2和SP-g-PMAA3的苯酚吸附效率分别为0.100g/g、0.148g/g和0.151g/g。
实验结果表明,所得的化学改性淀粉可作为去除混合气体中苯酚的吸附剂,在卷烟工业中具有很好的应用前景。