毕业设计（论文）-麦饭石负载PVAm对梨汁澄清工艺的研究.doc

学科分类号学科分类号 150 本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 题 目 麦饭石负载 PVAm 对梨汁澄清工艺的研究 姓 名 学 号 院 （系 ） 化 学 与 生 命 科 学 学 院 专 业 化 学 年 级 2011级 指导教师 职 称 副 教 授 二一五 年五 月 贵州师范学院毕业论文 贵州师范学院本科毕业论文诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导 下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文 中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文 中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文作者签名： 年 月 日 贵州师范学院毕业论文 目录 摘要.1 Abstract.2 0 引言.3 1 材料与方案.4 1.1 材料与设备.4 1.2 聚乙烯胺（PVAm）的合成.4 1.2.1 PNVF 的合成.4 1.2.2 制备 PVAm.5 1.3 麦饭石预处理.5 1.4 麦饭石负载 PVAm 的制备.5 1.5 梨汁的制备.5 1.6 梨汁澄清度的测定.5 1.7 样品的表征.5 1.7.1 红外分析.5 1.7.2 热分析测试（TG）.5 2 结果与分析.6 2.1 样品表征的分析.6 2.1.1 红外分析.6 2.1.2 热分析测试（TG）.6 2.2 麦饭石负载 PVAm 添加量对梨汁澄清度的影响.7 2.3 梨汁 pH 对澄清效果的影响 .8 贵州师范学院毕业论文 2.4 作用时间对梨汁澄清效果的影响.8 2.5 温度对梨汁澄清效果的影响.9 2.6 PVAm-麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响.10 2.7 麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响.10 3 结论.10 参考文献.12 致谢.14 贵州师范学院毕业论文 1 摘要 为了改善麦饭石的吸附性能和使用性能，以 N-乙烯基甲酰胺（NVF）为 单体，进行自由基聚合制备聚 N-乙烯基甲酰胺（PNVF），将 PNVF 在碱性 条件下水解，得到聚乙烯胺（PVAm），再将 PVAm 与麦饭石复合，制备出 高胺化度麦饭石负载 PVAm 复合物。通过红外光谱（FTIR）和热重（TG） 表征复合物的结构，用分光光度法分析麦饭石负载 PVAm 复合物对梨汁的澄 清效果。结果表明：PVAm 成功插入麦饭石层间，扩大了麦饭石的层间距从 而提高了吸附性能；麦饭石负载 PVAm 复合物对梨汁有较好的澄清效果，且 明显优于单一麦饭石，最优澄清条件麦饭石负载 PVAm 复合物的用量 0.80 g/L、澄清时间 30 min、澄清温度 22 oC，pH 5.2 下的透光率为 95%。 关键词：麦饭石；聚乙烯胺（PVAm）；梨汁；澄清 贵州师范学院毕业论文 2 Abstract In order to improve the absorption and utilization performance of Maifanshi, polyvinylformamide (PNVF) was synthesized with N-vinyl formamide as raw materials; the polyvinylamide (PVAm) was prepared by the alkali hydrolysis of PNVF; PVAm was intercalated into Maifanshi to prepare Maifanshi loaded PVAm composite with high amination degree. The structure of Maifanshi loaded PVAm composite was characterized by FTIR and TG. Effects of Maifanshi loaded PVAm composite on pear juice clarification were analyzed by infrared spectum analysis. The results showed that PVAm had been inserted into Maifanshi layers successfully, which improved the absorption properties of Maifanshi by expanding the interlayer spacing, Maifanshi loaded PVAm composite has preferable clarification effects on pear juice, and obviously better than Manfanshi. Under the most optimal conditions of Maifanshi loaded PVAm composite dosage 0.8 g/L, clarifying time 30 min, clarifying temperature 22 oC, and pH 5.2, the transmittance of pear juice reaches 95%. Keywords: stone; polyethylene amine (PVAm); pear juice;clarification 贵州师范学院毕业论文 3 0 引言 麦饭石是一种对生物无毒、无害并具有一定生物活性的复合矿物或药用 岩石1。麦饭石属多孔性矿石，呈现出多孔状和海绵状结构，并具有良好的 吸附性。麦饭石的吸附作用中，有物理吸附、化学吸附。物理吸附时，麦饭 石与吸附质分子间以范德华引力相互作用；化学吸附时，麦饭石与吸附质分 子间发生化学反应，以化学键结合。由于麦饭石是以SiO44-为基础，四面体 顶端氧与相邻四面体共键，与 K、Na、Pb 等以离子键结合，当麦饭石溶于 水时部分离子化，该结构的另一侧是SiO-的基团，与水中重金属离子或细 菌发生结合1。麦饭石在水中能溶出 4 种有益于人体健康的常量元素、微量 元素和稀有元素，它的微量元素含量曲线与人体血液中的微量元素含量曲线 基本吻合，由于融出的元素具有生物活性，很容易被人体吸收，所以它是一 种较好的无机营养源1-3。麦饭石以其优异的生物活性、吸附性、矿化性、溶 出性、无毒无害性在食品、医疗、保健、化工、环境保护、农林业及畜牧等 领域得到了广泛的应用2-5。 聚乙烯胺(PVAm)是一种氨基直接连接在碳氢骨架上的水溶性高分子材 料，它不仅结构简单，而且由于氨基的活泼性使它具有很高的反应活性，所 以 PVAm 可以进行氨基的大多数特征反应，从而获得很多新功能6。PVAm 可用于反应络合金属离子、膜分离、污水处理、造纸以及油田生产等诸多领 域6。氨基的活泼性使它可与醛类、酸酐类、羧酸类、卤代烃、酰卤、苯磺 酰氯反应，还能与金属离子进行络合，制备功能型高分子材料7 。PVAm 可 进行氨基的很多特征反应，从而获得许多特殊的理化功能。在现代的分离技 术领域用于制备各种复合膜材料8；在催化剂领域用于催化剂的载体9；制 药领域与不同分子量的葡萄糖接枝合成聚糖类表面活性剂10。PVAm 的阳离 子特性，它可作为污水处理絮凝剂。PVAm 可作为有毒物质的替代品在基因 贵州师范学院毕业论文 4 治疗、膜分离、催化剂、食品工业、生物医学等高新技术领域有着十分广阔 的应用前景7-10。 本研究首先以 N-乙烯基甲酰胺（NVF）为原料，进行自由基聚合法制备 聚 N-乙烯甲酰胺（PNVF），然后采用碱性条件对 PNVF 进行水解，得到 PVAm；然后利用孔状结构和一定生物活性的矿物保健药石麦饭石和高 胺化度的 PVAm 为原料，利用浸渍法制备麦饭石负载 PVAm 复合物，将所 得的复合物初步用于梨汁的澄清，研究其澄清效果和最佳处理工艺，以期为 麦饭石产品的研发及应用领域的拓展提供依据。 1 材料与方案 1.1 材料与设备材料与设备 N-乙烯基酰胺（东京化成工业株试会社）；偶氮二异丁腈(分析纯 天津 市科密欧化学试剂有限公司)；盐酸（分析纯 上海广诺化学科技有限公司）； 氢氧化钠（分析纯 上海广诺化学科技有限公司）；碳酸氢钠（96% 天津市 永大化学试剂有限公司）；麦饭石（中华麦饭石工艺品制造产） DF-II 集热试恒温磁力搅拌器（金坛市恒丰仪器厂）；分光光度计（上 海棱光技术有限公司）；FA224 电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司） ；SHZ-D(III)循环水式多用真空泵（巩义市科瑞仪器有限公司）；精密定时 电动搅拌器；KQ-500V 超声波清洗仪（中国昆山市超声波仪器有限公司）； pH 计；离心机（上海安亭科技仪器厂）；AA2000 型低噪音空气泵（金坛市 恒丰仪器制造有限公司）；101-3AB 电热鼓风干燥箱（天津市泰斯仪器有限 公司） 1.2 聚乙烯胺（聚乙烯胺（PVAm）的合成）的合成 1.2.1 PNVF 的合成 将 N-乙烯基甲酰胺水溶夜加入三口瓶中，通 N2除出去体系中的氧气， 贵州师范学院毕业论文 5 回流、搅拌，水浴升温至反应温度 70。加入引发剂偶氮二异丁腈保持温度 恒定匀速搅拌 1h，取出三口瓶放到超声波清洗仪中超声 30min，继续保持温 度恒定匀速搅拌 8h 后停止反应，得到了 PNVF。 1.2.2 制备 PVAm 将 PNVF 水溶液加入三口瓶中，通 N2除去体系中的氧气，回流、搅拌， 加入 NaOH 溶液，升温至反应温度 60，保持温度恒定匀速搅拌 8h 停止反 应，得到 PVAm，制备过程如图 1。 CH2=CH NH C=O H AIBN 70oC CH2 H C NH C=O H n OH- 加加热热 CH2 H CCH2 NH H C NH2 xy C=O H n 图 1 PVAm 的合成过程 1.3 麦饭石预处理麦饭石预处理 将一定量粒度为 80 目的麦饭石和 1mol/L 盐酸按固液比为 1：10 混合浸 泡 24h，过滤除去有机物等杂质，再用蒸馏水将麦饭石洗至中性，烘干备用5。 1.4 麦饭石负载麦饭石负载 PVAm 的制备的制备 将 PVAm 水溶液加入三口瓶中，通 N2除去体系中的氧气，回流、搅拌、 加入适量的麦饭石，升温至反应温度 70，保持温度恒定匀速搅拌 12h 停止 反应，得到改性麦饭石，然后取出改性麦饭石，电热鼓风干燥箱中烘干，研 细备用。 1.5 梨汁的制备梨汁的制备 选用成熟新鲜好的贡梨，用自来水快速冲洗，洗去梨子表面泥土等杂质， 充分洗净后削皮取出梨核，切块之后迅速打浆榨汁，以免被氧化，使用循环 水式多用真空泵抽滤得到梨汁，在用离心机离心 4000/min，10min 得到梨汁。 1.6 梨汁澄清度的测定梨汁澄清度的测定 贵州师范学院毕业论文 6 梨汁澄清度在 540nm 处的透光率 T%来表示，取澄清后梨子在 722 分光 光度计上测透光率 T%5。 1.7 样品的表征样品的表征 1.7.1 红外分析 采用 Nicolet MX-1 型红外光谱仪测定，样品用 KBr 压片。 1.7.2 热分析测试（TG） 采用德国 Netzsch 公司 STA409C 热重分析仪，在氮气保护下，升温速 率 10 /min，测量范围室温到 900。 2 结果与分析 2.1 样品表征的分析样品表征的分析 2.1.1 红外分析 麦饭石与 PVAm 改性麦饭石的红外谱图如图 2.1 所示，由图 2.1 可知 PVAm 改性麦饭石的红外光谱峰形与麦饭石的基本一致，保留了麦饭石在 1000-1100 cm-1之间的 Si-O-Si 键的不对称伸缩振动吸收峰、790 cm-1处 Si-O- Si 的对称伸缩振动吸收峰及 3400 cm-1附近（Si）O-H 的伸缩振动吸收峰。比 较麦饭石与 PVAm 改性麦饭石曲线，在 2925 cm-1和 2854 cm-1附近出现的 2 个吸收峰属于 PVAm 插层剂中-CH2-的不对称伸缩振动和对称伸缩振动，表 明 PVAm 已经与麦饭石结合。以上红外分析表明，PVAm 已成功与麦饭石结 合。 贵州师范学院毕业论文 7 图 2.1 麦饭石、改性麦饭石红外光谱图 2.1.2 热分析测试（热分析测试（TGTG） 图 2.2 为麦饭石和 PVAm 改性麦饭石的 TG 曲线。从图 2.2 的 TG 曲线 可以看出，麦饭石几乎失重没有变化，失重小于 2%。与麦饭石相比，PVAm 改性麦饭石在 30-108范围失重约为 9.3%，这主要因为在麦饭石中插入 了高胺化度 PVAm，其上的胺基使复合物的吸附水含量增加；在 120- 800范围内失重约 8.0%，这主要是由于麦饭石中的 PVAm 热分解造成的。 上述热重分析表明，PVAm 已经插层进入了麦饭石的晶层间，形成了稳定的 复合物。 图 2.2 麦饭石、改性麦饭石热重曲线图 2.2 麦饭石负载麦饭石负载 PVAm 添加量对梨汁澄清度的影响添加量对梨汁澄清度的影响 将不同质量 PVAm-麦饭石复合澄清剂分别加入到梨汁中，搅拌半小时， 离心 10min，用 722 分光光度计上测梨汁的透光率，梨汁的澄清度用透光率 贵州师范学院毕业论文 8 表示。麦饭石添加量与 PVAm-麦饭石一样，同样测麦饭石处理梨汁的透光率， 结果见图 2.3。 图 2.3 PVAm- 麦饭石用量对梨汁澄清度影响 由图 2.3 可见，PVAm-麦饭石澄清剂对梨果汁具有明显的澄清作用。当 PVAm-麦饭石的添加量为 0.5g/L 时，透光率达 80%以上，PVAm 改性麦饭石 加量为 0.8g/L 时透光率最大，为 98.7%。麦饭石虽然具有一定的澄清效果， 但相同条件下澄清效果不如 PVAm-麦饭石的效果好。 2.3 梨汁梨汁 pH 对澄清效果的影响对澄清效果的影响 麦饭石负载 PVAm 澄清梨汁，梨汁 PH 对澄清效果影响很大，不仅影响 PVAm-麦饭石的电荷性质及其对果汁中的胶体物质的凝聚作用，而且还影响 到梨汁中胶体物质的稳定性。在温度 T=22，澄清剂添加量 0.80g，作用时 间为半个小时的条件下。pH 对澄清效果影响如图 2.4,当 pH 值介于 45 时, PVAm-麦饭石澄清效果都很好，透光率大于 90%。超过这个范围，澄清效果 下降，而梨果汁的 pH 一般都在这个范围内，适合用 PVAm-麦饭石澄清。当 pH 值介于 25 时,麦饭石澄清透光率大于 80%。超过这个范围，澄清效果下 降。 贵州师范学院毕业论文 9 图 2.4 梨汁 pH 对澄清效果的影响 2.4 作用时间对梨汁澄清效果的影响作用时间对梨汁澄清效果的影响 在温度 T=22，pH=5，澄清剂添加 0.80g/l 的条件。取梨汁，加入澄清 剂，快速搅拌一定时间，离心，测透光率，结果见图 2.5。 从图 2.5 可见，透光率随着作用时间的增长，先是逐渐增大，到 30min 时为最大，达 98%，当作用时间再增加时，透光率反而减小。选择作用时间 30min 图 2.5 作用时间对梨汁澄清度影响 可使澄清剂与梨果汁中的絮状物充分接触，使其沉降，得到的梨汁澄清效果 最佳。 2.5 温度对梨汁澄清效果的影响温度对梨汁澄清效果的影响 贵州师范学院毕业论文 10 在 pH=5，澄清剂添加 0.80g/l，作用时间为半个小时的条件下，分别 1060的温度下试验，得到温度对梨汁澄清效果的影响如图 2.6。 图 2.6 温度对梨汁澄清效果的影响 从图 2.6 可见，温度升高能使澄清效果增强，20左右透光率最大，但 如果温度再高，对 PVAm-麦饭石澄清剂反而不利，这是因为温度升高会增加 芳香物质的损失。麦饭石在 3050透光率相对大。因此，合适的操作温 度是 20左右用 PVAm-麦饭石澄清剂进行澄清处理效果好。 2.6 PVAm-麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响 表 2.1 PVAm- 麦饭石澄清剂添加量对梨汁中果胶的影响 澄清剂添加量(%) 0 0.4 1.18 1.55 2.1 2.6 果胶含量 + + + +- - - 注：+ 表示检出，+ 不能确定，未检出。 由表 2.1 可以看出，PVAm-麦饭石对梨汁中果胶吸附作用，因 PVAm-麦 饭石添加量而异。当添加量达到 1.5%以上时，果胶基本上鉴定不出。这是因 为聚乙烯胺(PVAm)溶于酸性溶液后，氨基的存在使其带正电，它与果汁中 果胶(主要成分半乳糖醛酸)等带负电荷物质相互作用，从而破坏胶体结构， 产生絮凝沉淀，因吸附果胶使梨汁澄清1。 贵州师范学院毕业论文 11 2.7 麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响 表 2.2 麦饭石澄清剂添加量对梨汁中果胶的影响 澄清剂添加量(%) 0 0.4 1.18 1.55 2.1 2.6 果胶含量 + + +- +- - - 注：+ 表示检出，+ 不能确定，未检出。 由表 2.2 可以看出，麦饭石对梨汁中果胶吸附作用，因麦饭石添加量而异。 当添加量达到 1%以上时，果胶基本上鉴定不出。这是由于麦饭石属多孔性 矿石，呈现出多孔状和海绵状结构，并具有良好的吸附性。 3 结论 以 N-乙烯基甲酰胺（NVF）为原料，进行自由基聚合法制备聚 N-乙烯 甲酰胺（PNVF），然后采用碱性条件对 PNVF 进行水解，得到 PVAm；然 后利用孔状结构和一定生物活性的矿物保健药石麦饭石和高胺化度的 PVAm 为原料，利用浸渍法制备麦饭石负载 PVAm 复合物，将所得的复合物 初步用于梨汁的澄清，研究其澄清效果和最佳处理工艺。考察合成产品对梨 汁澄清的影响，得到以下主要结论： 从上述的实验结果看，PVAm 改性麦饭石对梨汁澄清效果比较好，其澄 清最佳的条件是 PVAm 改进麦饭石质量 0.8g/l，温度 2030，梨汁 pH45，搅拌时间为 30min，其透光率达 95%以上。 贵州师范学院毕业论文 12 参考文献 1赵博,陈丽芬,曹秀明.麦饭石纤维性能的特点与开发应用J.上海毛麻科技, 2011,4(8):7-11. 2李小满,赵晋府,麦饭石的营养价值及其在食品工业中的应用J.饮料工业, 2000,3(2):16-18. 3李小满,赵晋府.麦饭石功能的研究与应用综述J.食品研究与开发,2000,6,12 (3):13-14. 4李廷银,张文敏,黄忆明.长沙麦饭石抗脂质过氧化作用的探讨J,湖南医科大 学学服,l992(6):131-134. 5李增新,杨波,高华,孟韵.壳聚糖-麦饭石对梨果汁的澄清作用J.食品科学, 2007,9:170-180 6胡志勇,张淑芬,杨锦宗.聚乙烯胺盐酸盐的溶液性质J.高分子材料科学与工 程,2004,20(4): 107-110. 贵州师范学院毕业论文 13 7王焕梅,王萍萍,曹约良,李冲.聚乙烯胺应用研究进展J.兰州石化职业技术 学院学报,2009,1:78-79. 8胡志勇,张淑芬,杨锦宗.聚乙烯胺的合成与应用J.现代化工,2002,22,(10):14- 18 9张娟,范晓东,刘毅锋.功能性聚乙烯胺及其衍生物合成的研究进展J.高分子 材料科学与工程,2006,22(1):6-10 . 10范晖,王锦堂.聚乙烯胺的合成与应用J.化工时刊,2005,19(10):45-48. 11秦卫东.表面活性剂法澄清果汁工艺的探讨J.食品科,1992,(11): 40-42. 12杨春哲,冉艳红,黄雪松.澄清剂及其在果汁、果酒中的应用J.酿酒,2000(l): 75-77. 13许晖,孙兰萍.壳聚糖对水蜜桃汁的澄清效果初报J.中国农学通报,2006, 22(9): 97-100. 14