离子液体在天然高分子壳聚糖中的应用研究

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当今科学技术不断发展,人们越来越依赖化石燃料的消耗。但化石资源是一种不可再生资源,它的价格正在逐渐上升。同时,大量化石燃料的消耗将会导致很多负面影响,包括温室效应、海水酸化和环境污染等。因此,人们迫切需要寻找一种可持续的绿色资源来代替化石资源生产化学品。壳聚糖是一种自然界储量丰富的含氮有机化合物,但其不溶于常见的有机溶剂中,这在一定程度上限制了它的广泛应用。离子液体作为一种新型的绿色溶剂,近年来以其独特的特性开始在生物质资源的的应用领域崭露头角。主要研究内容如下:  本文首先合成了一种咪唑型离子盐[IMIM-COOH]Cl,在常压下直接溶解壳聚糖,并对影响溶解的因素(如溶解温度、溶解时间、离子盐浓度)进行了考察。实验结果表明,[IMIM-COOH]Cl水溶液可以在50℃,1小时内很好地溶解壳聚糖而不使其晶格结构和分子量发生很大的改变。  此外,本文利用[IMIM-COOH]Cl-壳聚糖溶液体系制备致密壳聚糖膜,先选用合适的壳聚糖溶液浓度和凝固浴来制做壳聚糖膜。随后对壳聚糖膜的拉伸强度、断裂伸长率、透光率、吸水性进行测试,从中选取最佳的壳聚糖膜制备浓度。进而对Cu2+进行吸附试验,并用扫描电镜表征壳聚糖膜的表面、截面结构。  最后,本文选用9种不同的离子液体水溶液作为溶剂和催化剂在水热条件对壳聚糖进行降解制备5-HMF,其中[HMIM]HSO4表现出最佳的效果。对影响反应的因素如反应温度、反应时间、离子液体浓度、壳聚糖用量和水用量进行了深入的探讨。在180℃的油浴加热条件下,100mg的壳聚糖在4wt%的[HMIM]HSO4水溶液中于高压水热釜中反应5h,可以得到28.6 mol%的5-HMF。对不同分子量的壳聚糖进行讨论,发现低分子量的壳聚糖易于转化。另外对该反应的反应机理进行了探讨,对此催化体系的重复利用性也进行了研究。  为了提高5-HMF的产率,本文又选取了数种Lewis酸作为协同催化剂来与[HMIM]HSO4共同催化壳聚糖制备5-HMF,100 mol%的MgCl2·6H2O可以较好地将5-HMF的产率提高到30.6 mol%。虽然5-HMF的转化产率并不是很高,但本文证明了利用绿色化学途径将壳聚糖制备成有用化学物质的可能性。
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