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以天然高分子材料为原料制备的各种吸附剂因其原料来源广泛,生物相容性高、可生物降解、不会造成环境污染等优点,越来越受到人们的青睐。多元吡喃葡萄糖环基微球是淀粉的一种衍生物,是通过对淀粉分子的交联作用,形成孔道发育良好,具有微孔腔结构的微米级微球。多元吡喃葡萄糖环基微球由于孔道的吸附及微孔腔的包络吸附作用,赋予了其独特的性质和用途,尤其作为吸附材料,在环境保护和载药等方面具有更加广阔的应用前景。
传统方法制备的微球粘连性大、分散性差、容易破裂、粒度分布不均匀、微孔发育不好等,这些都是造成吸附效果差的重要因素。
本文以可溶性淀粉为原料,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸钾-亚硫酸氢钠为氧化还原体系,吐温-60和司班-80作为复配乳化剂,在反相悬浮聚合体系中制备多元吡喃葡萄糖环基微球,探讨成球机理。考察交联剂的质量分数、油水体积比、淀粉溶液的浓度、搅拌转速、引发剂的浓度等主要工艺因素对微球最终形态的影响;利用扫描电子显微镜、粒度分布仪、自动氮吸附比表面仪、红外光谱仪、热分析、x-射线衍射仪等测试手段分析淀粉微球的形貌、成分、物性与结构,并对微球的细胞毒性进行测试
实验结果表明:当可溶性淀粉质量分数为15%,交联剂用量为0.2g,油/水相体积比为3:1,总体积数为120mL,乳化分散剂用量为1%,引发剂用量为0.04g,搅拌速度为600r.min-1,反应时间为2h,反应温度为50℃时。制备的多元吡喃葡萄糖环基微球,其表面具有致密的小孔,发达的孔容积,较大的有效表面积以及聚合过程中产生的孔道,微球的粒径大小约为12μm~36μm,零电荷点为pH等于3.75,具有良好的吸附性能,但是淀粉成球后结晶度下降。通过对人视网膜色素上皮层细胞的体外毒性试验、发现微球无生物毒性;对多元吡喃葡萄糖环基微球的表面化学特性测定,其表面的总酸度为11.81mmol·g-1;总碱度为2.83mmol·g-1;羧基含量为0.06mmol·g-1;酯基含量为0.02mmol·g-1羟基含量为10.19mmol-g-1羰基含量为1.54mmol·g-1。
在不同温度下,研究了多元吡喃葡萄糖环基微球对苯酚、四氢呋喃、吡啶吸附性能并对吸附机理进行初步探讨。结果表明:对三种有机物的吸附量都是随着初始浓度的增加而增大,温度的升高而降低,其中吡啶的吸附量最高,且反应速率最大,这是由微球及吡啶的性质决定的。吸附行为符合Langmuir等温吸附方程和Freundlich等温吸附方程;通过对热力学数据的处理,表明吸附为自发并伴随着放热过程;对三种有机物吸附主要以氢键的包络作用主,因为在微球中含有醇羟基、亚胺基等活性点,并具有大量的微空腔、致密的小孔、发达的孔容积及较大的有效表面积。同时还受范德华力、静电吸引等因素影响。