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天然多糖壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物,由于来源广泛、无毒无害、生物相容性好、易生物降解等优点,正日益引起人们的关注。壳聚糖作为吸附剂,具有良好的吸附性能,对环境的保护和自然资源的综合利用具有十分重要的意义。但壳聚糖分子耐酸性能差、吸附量低、成本较高等问题限制了其在水处理方面的应用,因此有必要对其进行化学改性来扩大应用范围。考虑到微波辐射能促进反应和节能,本文将使用微波辐射作为加热手段,对壳聚糖吸附剂的合成条件以及吸附性能进行研究,具体内容如下:
(1)本文利用实验室改装的微波反应系统,使水杨醛和壳聚糖进行反应,合成了N-亚水杨基壳聚糖Schiff碱(简称S-CTS缩合物),反应所需时间大大缩短;对产物的结构用红外光谱进行了表征;探讨了各实验因素对反应的影响;运用正交实验法确定了制备S-CTS的最佳反应条件,即:pH=4.0,水杨醛:壳聚糖物质的量比3:1,反应温度70℃,反应时间14min,微波功率260 W。考察了所得产物对金属离子的吸附情况,与其它类似壳聚糖希夫碱衍生物相比,S-CTS对Cu<2+>具有良好的吸附能力,最大吸附量为142.55mg/g。
(2)利用微波辐射法合成了壳聚糖香草醛希夫碱、甲醛交联壳聚糖香草醛希夫碱,用IR、TG测试方法对其结构进行了表征;并用UV吸收光谱法测量了壳聚糖香草醛希夫碱和甲醛交联后壳聚糖香草醛希夫碱在水、碱性溶液、乙醇溶剂、盐酸、甲酸、乙酸中的溶解性能,实验表明两者在酸性环境中的溶解度具有较大的差别,在这些环境中甲醛交联后壳聚糖香草醛希夫碱几乎不溶解。
(3)以壳聚糖为原料,经羟丙基氯化、胺基化,制备了一种胺基壳聚糖树脂,研究了该树脂对偶氮染料甲基橙的吸附脱色性能。结果表明,该树脂对甲基橙的吸附在40min内基本达到平衡,吸附量随着胺基含量的增加而增加,树脂对偶氮染料甲基橙的吸附量受温度、离子强度、pH值等因素的影响。
所制得的三种改性壳聚糖吸附剂可用在废水处理、冶金工业中;也可以利用它们螯合金属离子的性质,应用在催化剂中,可能是新型的催化剂载体。
通过上述实验初步比较了微波加热和传统加热对反应影响的差异,发现微波加热效率高、速率快。微波辐射在壳聚糖化学改性中体现出“热效应”,亦可能存在“非热效应”。