殼聚糖對金屬離子吸附性能及其催化作用研究.pdf

1、殼聚糖對金屬離子 吸附性能及其催化作用研究殼聚糖對金屬離子吸附性能及其催化作用研究研 究 生:邢維邀指導(dǎo)教師:李維平專 業(yè): 物理 化學(xué)中文摘要:本文系統(tǒng)地研究了殼聚糖對過渡金屬離子及稀土金屬離子的吸附性能。對過渡金屬離子，研究了P H值對吸附率的影響，并以C r ( 1 1 1 ) 離子為例，繪制了 吸附動力學(xué)曲 線和吸附等溫線。在此基礎(chǔ)上，將殼聚糖與戊二醛進行了 交聯(lián)，并測定了交聯(lián)殼聚糖對過渡金屬離子吸附率的變化: 對稀土金屬離子

2、， 研究了不同濃度及反應(yīng)時間對吸附率的影響。實驗結(jié)果表明.殼聚糖對過渡金屬離子及稀土金屬離子均有一定的吸附性。其中以C r ' ' , C d ' * , P d “ , L a “ , S m 0 ' , N d ， 一 吸附率較高. 對于吸附產(chǎn)物， 通過 工 R , U V , S E M 等檢測手段，證實了金屬離子確實與殼聚塘之間發(fā)生了 配位作用。此外.以殼聚糖一把配合物作為催化

3、劑，系統(tǒng)地研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓強、反應(yīng)時間、催化劑用量、溶劑等對巴 豆醛多相加氫制丁醇反應(yīng)的影響，得出最佳反應(yīng)條件為:氫壓 4 . O M P a . 溫度 8 0 ' C ,催化劑用量 0 . 2 g , P a :巴豆醛摩爾比為 1 : 5 0 ,甲醇為溶劑。在此條件下，巴豆醛的轉(zhuǎn)化率和正丁醇選擇性可分別達到 1 0 0 % 和6 0 % 以 上.關(guān)性詞:殼聚糖 金屬離子 吸附 巴 豆醛 氫化第一章 文獻綜述甲 殼素

4、，又名甲 殼質(zhì)，中 文學(xué)名幾丁 質(zhì)， 化學(xué)名為 ( 1 , 4 ) -2 一乙 酞胺基 -2 一脫 氧 一p -D 葡 聚 糖川 。 它 是自 然 界 中 儲 量 僅次 于 纖 維素 的 第 二多 的 天 然 生 物 活 性 物 質(zhì)， 是節(jié)肢動物，如蝦、蟹及昆 蟲等外殼的主要成分，同時也存在于低等植物，如藻類、菌類的細胞壁中。 在 1 8 1 1 年由法國自 然歷史學(xué)者布拉可諾 ( H . B r a c o n n o t )

5、首次發(fā)現(xiàn)， 1 8 2 3 年由法國科學(xué)家歐吉爾 ( O d i e r )從甲殼動物外殼中 提取，并命名 C h i t i n ( z l 。但是它的化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究直到 1 9 3 0年才開始。它的開發(fā)研究之所以較晚主要是因為其內(nèi)外氫鍵的相互作用， 形成了大分子結(jié)構(gòu)， 使其溶解性能很差， 從而限制了 它在許多方面的應(yīng)用。殼聚糖，又名殼糖胺，中文學(xué)名兒 」 ’ 聚糖，化學(xué)名為 〔 1 . 4 ) -2 -胺基-2 一脫氧 一p -

6、D葡 聚糖[ ’ 〕 。 它是甲 殼素 脫乙 酸化的 產(chǎn) 物。由 于 其分子結(jié) 構(gòu)中 大量的 游離氨 基的 存在，溶解性能大大改觀，具有一些獨特的物理化學(xué)性質(zhì)及生理功能，具有廣闊的應(yīng)用殼聚糖對金屬離子吸附性能及其催化作用研究甲 殼素是植物纖維素，不易被消 化吸收。若甲 殼素和蔬菜、 植物性食品、牛奶和 雞蛋一起食用可以被吸收。在植物和腸內(nèi)細菌中含有殼糖胺酶、去乙酞酶、體內(nèi) 存在的 溶菌酶以及牛奶雞蛋中含有卵磷脂等共同作用 下 可將甲殼素

7、分解成低分子量的寡聚糖而被吸收。當(dāng)分解到六分子葡萄糖胺時，其生理活性最強。1 . 2 國內(nèi) 外殼聚箱的 研究概況殼聚糖是人類認識較晚而自 然界蘊藏最又 極為豐富的自 然資源，它的 歷史雖然僅有1 0 0多年，而且直到今天它的很多奧妙還有待人們?nèi)ラ_發(fā)，但它是自 然界唯一帶有陽離子的可食用纖維，對調(diào)節(jié)人體機能有著極其重要的作用，因而日益引起人們的關(guān)注。自 一九七七年在美國 波士頓召開第一屆國際甲 殼素學(xué)術(shù)研討會以 來， 各國 專家、 學(xué)者對

8、殼聚糖的研究十分活躍。自 8 0年代以來，在全球范圍內(nèi)形成了 殼聚糖的開發(fā)研究熱潮 各國都加大了對殼聚糖產(chǎn)品開發(fā)研究的力度， 其中又以日 本走在了各國的前列。日 本政府曾 投資 6 0億日 元委托數(shù)十家高校及科研機構(gòu)歷時 1 0余年進行殼聚糖產(chǎn)品的開發(fā)研 究， 取得了大量的科研成果，井己 將部分成果實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化[ } 1我國 對殼聚糖研究也有4 0 余年的研究歷史。大體可分為二個階段。 5 0 年代至6 0 年 代為第一階段。 包光迪先

9、生專著 《 甲殼素的利用》 是這一時期的 代表作[ 6 ) . 6 0年代中 期，一些水產(chǎn)加工企業(yè)相繼建立，對加工蝦、蟹的廢棄甲殼進行綜合利用，研制加工成 殼 聚糖， 主要供國內(nèi)印染 業(yè)使用。 但此后報道卻不多 見。七十年代末， 美國 波士頓會議 之后，引 起了 我國 科技工 作者的 極大興趣， 殼聚糖的研究進入了 發(fā)展的第二階段。 很多 高 等院 校、 研究院所、 廠礦企業(yè)的 科研機構(gòu)都中 報專項課題，查 閱國內(nèi) 外文獻研究殼聚糖的

10、 特性和應(yīng)用，有些己 轉(zhuǎn)為生產(chǎn)力，進行科技成果轉(zhuǎn)讓。1 9 9 6年年底，我國首屆甲 殼素學(xué)術(shù) 研討會在北京召 開， 盛況空前， 這標(biāo)志著我國殼聚糖的 研究進入了 新的 歷史時 期， 也 將是 跨世紀(jì)的第三個階段。 作為一個盛產(chǎn)蝦、蟹， 其它甲 殼素資 源也相當(dāng) 豐富的 國 家， 如能 通過深入的研究， 將這種至 今還大部分丟棄不用的 寶貴資源利用起來， 無疑 對我國國民 經(jīng)濟的發(fā) 展具 有很大 意義。 據(jù)文獻報道，目 前殼聚糖在下列三

11、個方面 用途較為廣泛。 1 . 2 . 1 殼聚 糖在工業(yè) 廢水處理方面的 應(yīng)用川絮凝法是廢水處理方法之一。絮凝劑己經(jīng)廣泛用于廢水處理、污泥脫水、發(fā)酵工藝 等方面。目 前使用的 絮凝劑主要有兩大類:一 類是無機鹽 類物質(zhì)，如鋁鹽 ( 硫酸鋁、 氯 化鋁) 、 鐵鹽 ( 硫酸鐵、 硫酸亞鐵、 氯化鐵等) 及其共聚物 ( 聚合抓化鋁、 聚合硫酸鐵、 聚合氯化硫酸鋁、 鐵等) ， 單獨使用無機絮凝劑，藥 劑量大， 操作復(fù) 雜，污泥生成量大，

12、處理費 用高， 脫色效果差;另一 類是有機高分子類物質(zhì)， 如聚丙 烯酞 胺衍生物等， 這些 絮凝劑 盡管非常有效， 但殘留 物有害， 尤其是丙烯酸胺單體， 據(jù) 報道是很強的 致癌物質(zhì)。 為此，開發(fā)安全無毒、無二次污染的絮凝劑已 越來越引起各國科研工作者的重視。近年 來，殼 聚糖的 應(yīng)用 研究己 經(jīng)取得巨大的 進展。殼聚糖用于 水處 理是其中 最早的 應(yīng)用， 它 主要用作重金屬離子鰲合劑和活性污泥絮凝劑，其絮凝作用很強，而且無毒不產(chǎn)生二次