丝瓜络的化学改性及其吸附特性

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金属离子和有机物对水质的污染早已成为影响人类以及其它生物生存环境的重大问题。寻求一种环境友好且能有效脱除重金属离子和有机物污染的吸附剂,在环境保护、资源回收等方面有着重要的研究价值和广泛的应用前景。随着人们对手性化合物研究和认识的不断深入,手性拆分技术在医药、医药中间体中的应用正逐步被全世界医药卫生界所重视。丝瓜络是我国广泛种植的特有农副产品,具有独特的多孔性物理结构和优良的机械强度,既亲水,又可去油污,并能脱附油脂而再生,是优良环保的吸附分离材料。同时它的主要成分化学结构是由D-吡喃葡萄糖环彼此以β-1,4-糖苷键以C1椅式构象联结而成,其高度有序、呈螺旋形空穴结构使它具有天然光学活性,使其具有特殊的分离包括手性分离效果。 本研究选用合适的条件对其进行预处理,测定其预处理前后表面形貌、耐热性等物理化学结构变化。通过对其进行化学改性,引入不同的功能基团,研究其对不同金属离子的吸附和脱附规律和对混旋氨基酸的拆分特性。同时讨论其表面物理化学结构参数与分离特性间的关系,主要工作有以下几个方面: 1.在乙醇/水混合介质中,通过微波辐射辅助碱化,得到预处理的丝瓜络纤维,SEM观测显示,预处理后其表面结构发生较大变化;TGA测定碱处理前后丝瓜络各成分的热降解,预处理前后丝瓜络的热性能没有明显变化。 2.使用一氯乙酸对其进行化学改性,得到一种具有羧基功能基的丝瓜络。通过原子发射光谱半定量分析,其对三组金属离子混合溶液中各离子的吸附顺序分别为: Fe3+>Zn2+>Na+>Cu2+>Ba2+>Cd2+>Mn2+>Ca2+pb2+>Zn2+>Cd2+pb2+>Co2+>Ag+电导率法研究表明,在一定浓度范围内,丝瓜络对Fe3+、Zn2+吸附动力学不符合Boyd方程,即吸附不是由液膜扩散控制。电感耦合等离子发射光谱(研究表明,丝瓜络对Fe3+与Zn2+离子的等温吸附模型符合Langmiur吸附等温式,其饱和吸附量分别为35.1mg/g和27.4mg/g。考察pH值和温度对其吸附性能的影响,结果显示对Zn2+的平衡吸附量随pH值升高而增大,随温度的升高而降低。通过脱附实验发现,丝瓜络对吸附性较强的离子如pb2+、Fe3+脱附能力相对较弱;对吸附性较弱的离子如Cu2+、Zn2+脱附性相对较好,原子吸收光谱法分析表明,丝瓜络对Cu2+、Zn2+的吸附量分别为0.16mmol/g、0.39mmol/g,脱附率分别为46%、47%;丝瓜络对两者的吸附量分别为0.36mmol/g、0.45mmol/g,脱附率分别为84%、21%。 3.合成一种酰氯活化的酒石酸,用于对丝瓜络进行改性。FT-IR跟踪反应表明:混合反应体系中酒石酰氯量增大或者酯化反应时间延长,均会使丝瓜络表面酯化度增加。 研究酰氯改性前后的丝瓜络对混旋氨基酸的拆分性能,结果表明:对于同一种被拆分溶液,在丝瓜络加入量不多的情况下,拆分顺序为:改性丝瓜络>原丝瓜络>碱化丝瓜络;在丝瓜络加入量大于0.18g后,拆分效果发生变化:原丝瓜络>碱化丝瓜络>改性丝瓜络。在混旋体拆分中,丝瓜络特殊的空间结构起了到主导作用。 考察各个因素对拆分性能的影响。在较低浓度下,初始氨基酸浓度对改性前后丝瓜络的拆分性能影响不大;在相对酯化度为94%时,丝瓜络的拆分性能最好;在拆分温度为320K时,拆分性能最佳,随着温度进一步升高,拆分性能降低;在溶液pH较高和较低的条件下,拆分性能较好;中心离子的存在,会导致丝瓜络的拆分能力下降。 4.研究醋酸酐与丝瓜络常规加热酯化和微波辅助酯化效果,结果表明微波辐射辅助酯化效果优于常规油浴加热,随着辐射时间增加,相对酯化度提高,辐射10min可认为酯化反应完全。
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