淀粉是一种植物来源的生物基聚合物,它价格廉价且来源丰富,在食品和非食品行业均有很多的应用。然而,原始淀粉具有较多的缺点,例如它的粘度和增稠能力在加热时会变差,缺乏对特定功能所需的基团等而限制了它的应用。因此,为了减少其局限性和改善其应用,对淀粉进行改性是必要的。对淀粉进行改性的方法有许多种,例如化学改性和物理改性,其中最重要的是化学改性。常用的对淀粉进行化学改性的方法有接枝、交联、酯化、醚化和双重修饰。将改性淀粉用作吸附剂来去除染料、氨和苯酚是其重要的应用之一。工业废水中的染料由于会导致多种疾病,有些还会致癌从而对环境和生物非常有害。类似的,通过吸烟吸入的氨和苯酚也是有害的毒物。摄入过多的苯酚可能导致癌症、协调障碍、抽搐、呼吸衰竭、昏迷、肾脏疾病和肌肉无力。摄入过多的氨则会引起肺纤维化、支气管炎、肺炎、呼吸困难、喉痉挛、非心原性肺水肿、头痛呼吸衰竭和刺激皮肤、眼睛、鼻子和喉咙。除了这些直接的影响外,氨还会使人们对香烟上瘾。多种不同的方法如浮选、化学沉淀、电化学沉积、离子交换和吸附可以用来移除这些有毒物质。其中,吸附是最好的去除这些有毒物质的方法,而其他方法有一定的局限性,例如产生化学废弃物、难处理和选择性差等。活性炭被认为是一种良好的吸附剂,但它的使用受到无选择性和再生问题的限制。同样地,合成高分子吸附剂由于是不可生物降解的和不可再生的,因而它本身也可能会成为二次污染物。淀粉可能是这些吸附剂一个很好的替代品,因为它是可生物降解和环境安全的。然而,由于原始淀粉对染料、氨和苯酚的吸附能力很低,所以,很少直接使用原始淀粉作为吸附剂。为了提高其对染料、氨和苯酚的吸附能力,我们需要对原始淀粉进行化学改性。在第一部分中,我们以偶氮异丁腈(AIBN)和过硫酸钾(KPS)为引发剂引发N-吡咯烷酮(NVP)发生自由基聚合,将聚乙烯基吡咯烷酮接枝到羧甲基淀粉(CMS)上,制备了羧甲基淀粉接枝聚乙烯基吡咯烷酮(CMS-g-PVPs)。通过简单称重法测定了不同CMS-g-PVPs的接枝度。我们对接枝度最大的CMS-g-PVP-5进行了元素分析、1H NMR和FT-IR表征。通过XRD测定了 CMS-g-PVP-5的结晶度并通过TGA/DTG测定了其热稳定性。同时,TGA/DTG结果也被用来计算CMS-g-PVP-5的取代度。随后,CMS-g-PVP-5被用来在废水中吸附罗丹明6G染料,并研究了不同pH、温度、吸附剂量和吸附剂浓度的影响。结果表明,改性后的淀粉能够有效吸附罗丹明6G(最大吸附效率为363.95 mg/g)。此外,研究表明CMS-g-PVP-5对氨气(最大吸附量为0.820 mmol)也有着良好的吸附能力。在第二部分中,采用磷酸二氢钠(NaH2PO4)与磷酸氢二钠(Na2HPO4)对淀粉在不同条件下(如不同Na2HPO4与NaH2PO4比、盐与糖单元比、反应时间、淀粉形貌和反应温度)进行处理,制备了不同的淀粉磷酸酯(SPs)。通过31P NMR和FT-IR对SPs进行了表征。采用EDX测定了 SPs中磷的含量。通过XRD和TGA/DTG分别测定了 SPs的结晶度的热稳定性。随后,SPs被用来从废水中吸附罗丹明6G。结果表明SPs对罗丹明6G有着优异的吸附能力(最大吸附百分比分别为 94.31%(SP2)、96.85%(SP8)和 96.74%(SP10))。此外,SPs还被用来吸附气体中的氨气(最大吸附效率为5.40 × 103 mmol/g(SP2)、5.68 × 103 mmol/g(SP8)和 5.91 × 103 mmol/g(SP10))和苯酚(最大吸附效率为2.56 mmol/g(SP2)、2.39 mmol/g(SP8)和 2.70 mmol/g(SP10))。结果表明 SPs对氨气和苯酚有着良好的吸附能力。在第三部分中,通过接枝聚合将甲基丙烯酸MAA在不同反应条件下(如不同引发剂KPS的用量、不同MAA与糖单元的摩尔比和不同形貌的淀粉)接枝到淀粉上,制备了不同的淀粉接枝聚甲基丙烯酸(S-g-PMAAs)。通过1H NMR对S-g-PMAAs进行了表征。对S-g-PMAAl(具有最大的接枝度)和S-g-PMAA5(采用多孔淀粉为原料制备得到的)进一步用FT-IR进行了表征。通过XRD和TGA/DTG分别测定了 S-g-PMAA1和S-g-PMAA5的结晶度和热稳定性。采用SEM分别对初始淀粉、多孔淀粉和S-g-PMAA5的形貌进行了表征。最后,初始淀粉、S-g-PMAA1和S-g-PMAA5均被用于吸附氨气和苯酚。结果表明,改性淀粉对氨气和苯酚有着良好的吸附能力(S-g-PMAAl:342.5 mmol(氨气)、8.08 mmol(苯酚)和 S-g-PMAA5:348.5 mmol/g(氨气)和 21.46 mmol/g(苯酚))。其中,S-g-PMAA5由于采用了多孔淀粉,具有较大的表面积。所以,S-g-PMAA5对氨气和苯酚的吸附能力比S-g-PMAAl要强。这两种改性淀粉均能用作香烟滤嘴中的添加剂来减少烟气中有害的氨气和苯酚浓度。在第四部分中,首先采用NaH2PO4和Na2HPO4在170℃下对淀粉进行处理制备了 SP。通过接枝聚合的方法在SP上聚丙烯酸,制备了三种SP-g-PAA(SP-g-PAA1、SP-g-PAA2 和 SP-g PAA3)。通过1H NMR 和 FT-IR 对这些 SP-g-PAA进行了表征。核磁结果表明SP-g-PAA3具有最高的PAA接枝度,其次是SP-g-PAA2,最后是SP-g-PAA1。采用XRD对SP-g-PAA的结晶度进行了表征。结果表明SP和SP-g-PAAs均为无定型的结构,这说明原始淀粉的晶体结构在经过修饰之后被破坏了。通过TGA/DTG对SP-g-PAAs的热稳定性进行了研究。同时,TGA/DTG结果也证实了我们已经成功地将PAA接枝到SP上。最后,SP-g-PAA1、SP-g-PAA2和SP-g-PAA3被用来吸附氨气和苯酚。研究结果表明,具有最高PAA接枝度的SP-g-PAA3具有最高的氨气和苯酚吸附效率(氨气:7.47 mmol/g和苯酚:1.02 mmol/g)。这些改性淀粉能用作香烟滤嘴中的添加剂来减少烟气中有害的氨气和苯酚的浓度。在第五部分中,通过控制反应条件(如不同引发剂(KPS和AIBN)、不同丙烯酸与羧甲基淀粉中糖单元的摩尔比和不同水的量)制备了五种不同类型的羧甲基淀粉接枝聚丙烯酸(CMS-g-PAAs)。接枝率表明,KPS是一种合适的将PAA接枝到CMS上的引发剂。类似地,研究表明合适的丙烯酸与CMS糖单元的摩尔比为29.94。在较少水量(100mL)时制备的改性CMS要比较多水量(150mL)时制备的改性CMS的接枝率要更高一些。在这些改性淀粉中,对CMS-g-PAAl,CMS-g-PAA3和CMS-g-PAA4作了进一步地表征,并将其用来吸附氨气和苯酚。1H NMR和FT-IR表明,我们已经成功地将PAA接枝到CMS上。采用XRD对CMS和三个改性CMS进行了表征。XRD结果表明,CMS具有结晶性。经过修改之后的CMS几乎全部为无定型结构。通过TGA/DTG对CMS和改性CMS的热稳定性进行了表征。TGA/DTG结果也证实了我们已经成功地将PAA接枝到CMS上。最后,这些改性CMS被用于吸附氨气和苯酚。研究表明,CMS-g-PAA4的对氨气吸附效率最高(0.352 mmol/g),其次是CMS-g-PAA1(03 mmol/g),最后是 CMS-g-PAA3(0.285 mmol/g)。类似地,MS-g-PAA4的对苯酚吸附效率最高(0.18 mmol/g),CMS-g-PAA1和CMS-g-PAA3的吸附效率(0.06mmol/g)这几乎一致。基于以上实验结果,我们得出如下结论:改性淀粉能够用来从水中吸附染料以及从气体中吸附氨气和苯酚。这些改性淀粉能够在工业上作为香烟滤嘴的添加剂来减少烟气中氨气和苯酚的浓度。