具有pH响应性和重金属吸附性的新型壳聚糖衍生物的合成和表征

【摘要】随着工业化进程的加快，伴随而来的是越来越严重的环境污染问题。其中，水污染已成为危害社会和谐和人类可持续发展的世界性难题。我国水污染现状令人堪忧，重金属局部污染相对较重，有毒有害的有机物污染程度总体较轻，但种类繁多。不仅如此，大部分地区存在轻微甚至严重缺水问题，所以对污水处理技术进行研究已迫在眉睫。本文针对重金属水污染情况，选用壳聚糖为基体，采用简便的Michael加成方法制备出一种新型的具有pH响应性和重金属吸附性的壳聚糖衍生物材料。该材料具有广泛的pH响应性，对重金属有很好的吸附性能，并具有低毒、生物相容、可降解、可回收再利用等特性，是一种高效、清洁、环保的水处理材料。本论文共包括如下工作内容：（1）合成和表征：通过MiChael加成反应将丙烯酸（AA）加成到壳聚糖（CTS）的-NH2基团上，制备出一种含正负离子基团的两性弱聚电解质，它使得CTS在碱性水溶液中也可溶。之后，我们运用一系列分析测试手段如傅里叶变换红外光谱（FTIR）、元素分析、紫外-可见光光谱（UV-VisSpectroscopy）、动态光散射（DLS）、热重分析（TGA）等对该系列聚合物进行表征。我们发现这种丙烯酸改性壳聚糖（CECh）在水溶液中具有pH响应性，等电点（IPCECh）在pH=4左右，且受丙烯酸取代度影响：丙烯酸取代度越大，等电点越低。当pH处于等电点附近时，CECh水溶液中的CECh分子形成大量的聚集体，溶液变浑浊。而当pH值高于或低于这一范围时，CECh水溶性良好，溶液澄清。（2）重金属吸附性能测试：选择目标吸附离子为Cu(II)和Cr(VI)。研究了常温条件下，不同吸附时间、不同pH值、不同初始离子浓度、不同丙烯酸取代度（DS）对材料吸附性能的影响。研究发现丙烯酸改性壳聚糖（CECh）对Cu(II)具有很好的吸附性能，最适pH值为6，去除率最大约为95%，最大吸附量可达402mg/g。在对Cr(VI)的吸附试验中，我们研究了不同吸附时间、不同pH值和不同丙烯酸取代度（DS）对吸附性能的影响，发现pH值在3~10范围内，CTS对Cr(VI)的吸附量普遍大于CECh，最大吸附量分别为81和32mg/g，最适pH值分别为3和4。（3）解吸附实验：用0.1N的盐酸对负载Cu(II)的丙烯酸改性壳聚糖（CECh）进行脱附处理。发现对Cu(II)的回收率可达到70%。本论文制备的丙烯酸改性壳聚糖（CECh）材料在水溶液中具有很好的溶解性，且具有pH响应性，对Cu(II)的吸附能力比壳聚糖（CTS）提高很多，应用范围更宽；此外，对吸附的重金属可进行有效脱附，便于重金属回收。
【作者】闫宇境；
【导师】张国；
【作者基本信息】吉林大学，材料学，2014，硕士
【关键词】壳聚糖；pH响应性；重金属离子；吸附；

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