丙酮酸改性壳聚糖对重金属离子Cd2+的吸附研究

1 丙酮酸改性壳聚糖对重金属离子丙酮酸改性壳聚糖对重金属离子 CdCd2 2 的吸附研究 的吸附研究 摘摘 要要 利用壳聚糖 C2 位上活泼氨基与丙酮酸进行 Schiff 碱反应 生成产物 Chitosan Modified by Pyruvic Acid 简称 PCTS 考察了反应时间 壳 聚糖的分子量 反应温度 反应 pH 值以及纯化处理方法对制备丙酮酸改性壳 聚糖的影响 采用 IR 对 PCTS 进行结构表征 实验结果表明 PCTS 的最佳 制备方法为 25 壳聚糖分子量小于 8 51 104 Da 反应时间为 4 h 反 应 pH 4 5 经过纯化处理可得产物 PCTS 在 25 相对湿度为 81 时吸湿 率为 12 29 保湿率为 114 36 优于壳聚糖和甘油 关键词关键词 丙酮酸改性壳聚糖 胶体滴定法 吸湿率 保湿率 2 目目 录录 1 1 壳聚糖壳聚糖 CTS CTS 的制的制 备备 4 4 2 2 丙酮酸改性壳聚糖丙酮酸改性壳聚糖 PCTS PCTS 的制的制 备备 4 4 3 3 溶解性比较溶解性比较 5 5 4 4 红外光谱分析红外光谱分析 6 6 5 5 吸附性能研究吸附性能研究 7 7 5 15 1吸附容量的测定吸附容量的测定 7 7 5 25 2 吸附时间对吸附性能的影响吸附时间对吸附性能的影响 8 8 5 35 3 溶液溶液 pHpH 值对吸附性能的影响值对吸附性能的影响 9 9 6 6 结结 语语 9 9 参考文参考文 献献 10 10 3 壳聚糖 Chitosan 简称 CS 是甲壳素 Chitin 脱乙酰基后得到的一种 天然生物多聚物 在医药 环保 日化等行业有着广泛的用途 但 CS 除了壳低聚糖外 几乎不溶于水和碱溶液 这在一定程度上使其应用受到了 限制 因此对 CS 进行化学改性 以改善其溶解性和加工工艺性能已成为壳聚 糖研究的重点 其中 Schiff 碱反应就是 CS 化学改性中一种重要的方法 例 如有以水杨醛 酮戊二酸 香草醛 丙酮酸等为改性剂对壳聚糖进行 Schiff 反应而改性 与 CS 水杨醛改性壳聚糖相比 溶解性和对重金属离子 的吸附能力有较大的提高 应用前景更为广阔 1 1 1 壳聚糖壳聚糖 CTS CTS 的制备的制备 把 20ml 的 50 的氢氧化钠溶液 W W 加入甲壳素 约 5g 中 加热到 150 后保温 20min 过滤 除去滤液 滤渣用蒸馏水洗涤至中性 干燥 可制得脱 乙酰度为 94 68 99 8 的壳聚糖 5g 为小实验剂量 此步骤重复两遍 确保 生成的 CTS 大于 4 8g 2 2 丙酮酸改性壳聚糖丙酮酸改性壳聚糖 PCTS PCTS 的制备的制备 1 8 g 壳聚糖用蒸馏水充分溶胀后 加入 1 48 g 丙酮酸 室温下搅拌 60 min 至溶液透明 玻璃纤维过滤除去少量不溶物质 滤液用稀氢氧化钠 0 5mol L 溶液调 pH 至 4 5 搅拌反应 4 h 缓慢加入硼氢化钠 0 7g 10ml 水 溶 4 液 稀盐酸调节 pH 至 6 7 再反应 24 h 将混合物缓慢倒入 95 乙醇中 PCTS 析出 继续搅拌 1 h 使 PCTS 完全析出 减压抽滤 滤出物依次用 50 ml 无水乙醇 无水乙醚洗涤 3 4 次 转入索氏提取器中用乙醇连续萃取 6 h 红外干燥 得 1 75 g 易溶于水的白色粉末状固体 采用电导滴定法测得取代度 为 0 72 附 磁力加热搅拌器的使用方法 使用本仪器时 首先请检查配件是否齐全 然后按顺序先装好夹具 把所 需搅拌的溶液放在镀铬盘正中 加入溶液把搅拌子放在烧杯溶液中 然后先插 上仪器接插的电源插头 再接通电源打开电源调速开关 指示灯亮 即开始工 5 作 然后选定你所需的温度 调速是由低速逐步调至高速 不允许高速档直接 起动 以免搅拌子不同步 引起跳动 不搅拌时不能加热 加热有波段开关控 制 不工作时应切断电源 仪器应保持清洁干燥 严禁溶液进入机内 以免损 坏机件 防止剧烈震动加热时间一般不宜过长 间歇使用可以延长寿命 3 3 溶解性比较溶解性比较 各称量0 1 g的PCTS与CTS 分别溶于蒸馏水 稀酸 0 3mol L的盐酸 及稀 碱溶液 1 的NaOH溶液 中 测定其溶解性 溶 不溶或微溶 附 电导仪的使用方法 为保证测量准确及仪表安全 须按以下各点使用 1 通电前 检查表针是否指零 如不指零 可调整表头调整螺丝 使表 针指零 2 当电源线的插头被插入仪器的电源孔 在仪器的背面 后 开启电源 开关 灯即亮 预热后即可工作 3 将范围选择器 5 扳到所需的测量范围 如不知被测量的大小 应先调 至最大量程位量 以免过载使表针打弯 以后逐档改变到所需量程 4 连接电板引线 被测定为低电导 5 1以下 时 用光亮铂电极 被测液电导在 5 1 150m 1时 用铂黑电极 5 将校正测量换档开关扳向 校正 调整校正调节器 使指针停在 指示电表 8 中的倒立三角形处 6 将开关 4 板向 测量 将指示电表 8 中的读数乘以范围选择器 5 上的 倍率 即得被测溶液的电导度 7 在测量中要经常检查 校正 是否改变 即将开关 4 扳向 校正 时 指针是否仍停留在倒立三角形处 4 4 红外光谱分析红外光谱分析 取少量干燥后的PCTS和CTS分别与KBr 共同研磨 混合均匀后在模具中压 成透明的薄片 再用傅里叶变换红外光谱仪测定 6 附 傅立叶变换红外光谱仪使用方法 一 打开电源 黄灯亮表示电源接通 二 将仪器心脏部分 偏振器 插入 注意 突出部分向里 必须全部放入槽 口 放入后按原样把盖盖上并拧紧螺丝 三 开机及启动软件 1 仪器前部面板上的电源开关 2 打开计算机 再双击桌面上IRsolution 快捷键 出现界面 四 选择仪器及初始化 1 选择菜单上的Enviroment 环境 Instrument Preferences 仪器参数 选择 Irprestige 21 然后确定 2 单击measure 然后选择菜单条上的Measurement 测量 initialize 初始化 初始化仪器至四只绿灯两起 即可进行测量 五 其它参数都已设置好 一般可直接进行测量 如果需要改变参数 可 在界面上进行设置 如波长范围 扫描次数等 六 测量方法 1 选择面板上的键 进行背景扫描 背景为空气 2 插入标准样品 聚苯乙烯 进行仪器检测 再与样品板上的谱图对比 基 本相同是可以进行所需的样品测量 七 数据保存 选择测量出来的数据 单击 File 中的 Save as 将数据保存到你所需要的 位置 八 关机 1 选择File Exit 退出程序 2 关闭仪器电源 5 5 吸附性能研究吸附性能研究 5 15 1吸附容量的测定吸附容量的测定 称取0 1000 g吸附剂 PCTS和CTS 加入到20 mL 0 4 mg mL 镉离子溶液 中 25 下振荡3h 过滤后用原子吸收光谱仪测定吸附前后溶液中离子浓度的 7 变化 依下式计算吸附容量Q Q V C0 C W 式中 V为金属离子溶液体积 mL W为吸附剂干重 g C0为吸附前溶液 中离子 浓度 mg mL C为吸附后溶液中离子浓度 mg mL Q为吸附容量 mg g 附 原子吸收光谱仪的使用 仪器操作步骤 1 首先找出待测元素光源 正确安装在设定的灯位 灯位的设置可以合 理变动 2 打开电脑 开启仪器操作软件 设定好各种参数后 再开启主机 预 热待测元素空心阴极灯 10 20 分钟 3 打开空气压缩机 等待气压达到工作要求 0 3 0 4 MPa 4 打开乙炔气 调节出口压力在 0 05 0 1MPa 之间 5 打开排风系统 抽走室内有害气体 6 按仪器下方的点火键进行点火 熄火时一定要先关闭乙炔气钢瓶总阀 门 使管道里的余气燃尽 以免造成危险 需要暂时熄火 可将乙炔流量调 为零即关闭乙炔流量调节钮 7 空压机需经常手动排水 防止水分回流进仪器 引起损坏 5 25 2吸附时间对吸附性能的影响吸附时间对吸附性能的影响 将5 mL的2 PCTS溶液添加到20 mL 0 4 mg mL的镉离子溶液中 在25 下 振荡 每隔10 min取样一次 取六次 用原子吸收光谱仪测定吸附前后溶液中 离子浓度变化 加甲基橙试剂 用标准NaOH溶液滴定也可 计算其吸附率 吸附率 C0 C C0 100 式中 C0 C分别为吸附前后溶液中金属离子浓度 mg mL 8 5 35 3 溶液溶液pHpH值对吸附性能的影响值对吸附性能的影响 改变镉离子溶液的pH分别为1 2 3 4 5 6 7 将5 mL 2 PCTS溶液 添加到不同pH 20 mL 0 4 mg mL的镉离子溶液中 11 在25 下振荡1 h 用 原子吸收光谱仪测定吸附前后溶液中镉离子浓度变化 计算其吸附率 6 6 结语结语 采用丙酮酸改性壳聚糖 反应条件温和 产物易溶于水 取代度高 与壳 聚糖和水杨醛改性壳聚糖相比 产物对金属离子吸附能力更强 采用正交试验法 全面考察了金属离子浓度 介质酸度 吸附剂用量 吸附时间等因素对吸附剂 金属离子去除率的影实验得出 响 结果表明 pH 710 时 PCTS 对 CMn 012 mmol L 1 Cu2 Zn2 Co2 的去除率最大 分别达到 100 99 8 40 5 是优良的金属离子吸附螯合剂 可用于工业废水 处理及重金属离子的提取和回收 9 参参考考文文献献 1 曲荣君 马千里 郑秀丽等 1 壳聚糖衍生物的制备及其吸附性能 应用化学 1995 12 2 117 118 2 马全红 高永红 邹宗柏 丙酮酸壳聚糖衍生物的制备及其吸附性能 研究 J 东南大学学报 自然科学版 2000 30 6 127 131 3 马全红 高永红 邹宗柏 丙酮酸改性壳聚糖对金属离子的吸