磁性淀粉微球的功能化及吸附性能研究

【摘要】淀粉是一种廉价、易得、无毒绿色的多糖生物材料,被广泛应用于食品、医药、纺织等行业。淀粉结构中的大量羟基基团为淀粉化学改性提供了良好载体,经过改性的淀粉改变了原淀粉的一些物理和化学性质,使得淀粉更能满足于人们的需要。本文制备了淀粉微球、磁性淀粉微球和功能化磁性淀粉微球,对各种产物进行了表征,在此基础上,研究了淀粉微球(CSMs)、磁性淀粉微球(MCSMs)对甲基紫(MV)染料的吸附行为和功能化磁性淀粉微球(FMCSMs)对Cu(Ⅱ).Ni(Ⅱ).Cd(Ⅱ)的吸附和竞争吸附行为。主要研究成果包括：1.以淀粉(ST)为主要原料、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MB)(?)A)为交联剂、K2S208/NaHS03为引发剂,采用微波辅助反相乳液法制备了CSMs,最优合成条件为：ST浓度10%、MBAA0.3g·(gST)-1、引发剂0.15g·(gST)-1、聚合温度60℃、反应时间40min。CSMs的溶胀度、含氮量分别为800%、1.7%,在保持淀粉原有功能基团和分子结构的基础上,引进了一些新的功能基团如羰基和酰胺基团。与淀粉相比,CSMs的单点吸附总孔容,t-Plot微孔面积、平均孔宽及粒径均相应增加。CSMs对MV的吸附行为研究表明：CSMs对MV的吸附量并没有因溶液初始pH(2-10)的不同而发生明显改变,在298k温度下的最大吸附量为99.3mg/g,等温吸附实验数据更符合Langmuir模型,吸附是一个自发、放热的过程,吸附过程遵循二级动力学模型。2.以ST和水基磁流体为主要原料、MBAA为交联剂、K2S2O8/NaHSO3为引发剂,采用微波辅助反相乳液制备了MCSMs,最优合成条件为：ST浓度12%、MBAA20%、引发剂4g/L(总体积)、Modified-Fe3O425.2mg/mL(水相体积)、油水比3.0。MCSMs的溶胀度、含氮量分别为600%、2.3%；除了保持着淀粉的原有功能基团外,还引进了一些新的功能基团如羰基、酰胺基团：MCSMs的磁含量约为18.O%,饱和磁强约为12.0emu/g,并表现出顺磁性的特征；MCSMs在水溶液中能充分分散,在简单磁场下能够快速固液分离。MCSMs对MV的吸附及解吸行为研究表明：在303k温度下对MV的吸附量最大,为128.7mg/g,pH对MV的吸附没有明显影响,低温更有利于对MV的吸附,Cl-对MV的吸附有强烈的抑制作用；等温吸附曲线遵循Langmuir等温吸附模型,动力学数据遵循二级动力学模型,吸附是一个自发的、放热过程；MV与MCSMs之间的静电作用、氢键和疏水作用是MCSMs吸附MV的主要机理,0.2mol/L氯化钠+80%乙醇溶液对已附着MV的MCSMs进行6次吸附-解吸循环处理后,MV的吸附量仅从85.4mg/g下降到77.7mg/g,说明MCSMs具有良好的解吸再生能力。3.以自制MCSMs为主要原料,磷酸、尿素为改性剂,采用固相合成技术制备了FMCSMs,最优合成条件为：磷酸1.5mmol/gMCSMs,M(尿素/磷酸)4,时间3h,温度150℃。在最佳条件下合成的FMCSMs对MV的吸附量为305.0mg/g,FMCSMs的溶胀度、含氮量、含磷量分别为1500.0%、10.8%、2.5%；除了保持着MCSMs的原有功能基团外,还引进了一些新的功能基团如氨基甲酸酯、磷酸等功能基团；该微球饱和磁强约为5.2emu/g,并表现出超顺磁性的特征。FMCSMs对Cu(Ⅱ)、Ni(II)及Cd(Ⅱ)的吸附及竞争吸附研究表明：在303k温度下对Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)及Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别为13.4、13.0、20.9mg/g,pH低于4.0不利于对重金属离子的吸附,高温更有利于对重金属离子的吸附；等温吸附曲线遵循Langmuir等温吸附模型,动力学数据遵循二级动力学模型,吸附是一个自发的、吸热过程；重金属离子与FMCSMs之间弱的离子键是吸附的主要机理,FMCSMs对三种重金属离子具有选择吸附性能Cu(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)>Ni(Ⅱ).
【作者】潘建新；
【导师】林亲铁；
【作者基本信息】广东工业大学，环境科学与工程，2014，硕士
【关键词】淀粉微球；磁化；功能化；吸附；

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