殼聚糖對(duì)金屬離子吸附性能及其催化作用研究.pdf

1、殼聚糖對(duì)金屬離子 吸附性能及其催化作用研究殼聚糖對(duì)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(zhuān) 業(yè): 物理 化學(xué)中文摘要:本文系統(tǒng)地研究了殼聚糖對(duì)過(guò)渡金屬離子及稀土金屬離子的吸附性能。對(duì)過(guò)渡金屬離子，研究了P H值對(duì)吸附率的影響，并以C r ( 1 1 1 ) 離子為例，繪制了 吸附動(dòng)力學(xué)曲 線(xiàn)和吸附等溫線(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，將殼聚糖與戊二醛進(jìn)行了 交聯(lián)，并測(cè)定了交聯(lián)殼聚糖對(duì)過(guò)渡金屬離子吸附率的變化: 對(duì)稀土金屬離子

2、， 研究了不同濃度及反應(yīng)時(shí)間對(duì)吸附率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明.殼聚糖對(duì)過(guò)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(duì)于吸附產(chǎn)物， 通過(guò) 工 R , U V , S E M 等檢測(cè)手段，證實(shí)了金屬離子確實(shí)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(qiáng)、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量、溶劑等對(duì)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(dá)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(xiàn)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(chǔ) 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(dòng)物，如蝦、蟹及昆 蟲(chóng)等外殼的主要成分，同時(shí)也存在于低等植物，如藻類(lèi)、菌類(lèi)的細(xì)胞壁中。 在 1 8 1 1 年由法國(guó)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(guó)科學(xué)家歐吉爾 ( O d i e r )從甲殼動(dòng)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(kāi)始。它的開(kāi)發(fā)研究之所以較晚主要是因?yàn)槠鋬?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(dú)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(duì)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(xì)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(shí)，其生理活性最強(qiáng)。1 . 2 國(guó)內(nèi) 外殼聚箱的 研究概況殼聚糖是人類(lèi)認(rèn)識(shí)較晚而自 然界蘊(yùn)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_(kāi)發(fā)，但它是自 然界唯一帶有陽(yáng)離子的可食用纖維，對(duì)調(diào)節(jié)人體機(jī)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(guó) 波士頓召開(kāi)第一屆國(guó)際甲 殼素學(xué)術(shù)研討會(huì)以 來(lái)， 各國(guó) 專(zhuān)家、 學(xué)者對(duì)

8、殼聚糖的研究十分活躍。自 8 0年代以來(lái)，在全球范圍內(nèi)形成了 殼聚糖的開(kāi)發(fā)研究熱潮 各國(guó)都加大了對(duì)殼聚糖產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究的力度， 其中又以日 本走在了各國(guó)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(jī)構(gòu)歷時(shí) 1 0余年進(jìn)行殼聚糖產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研 究， 取得了大量的科研成果，井己 將部分成果實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化[ } 1我國(guó) 對(duì)殼聚糖研究也有4 0 余年的研究歷史。大體可分為二個(gè)階段。 5 0 年代至6 0 年 代為第一階段。 包光迪先

9、生專(zhuān)著 《 甲殼素的利用》 是這一時(shí)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(duì)加工蝦、蟹的廢棄甲殼進(jìn)行綜合利用，研制加工成 殼 聚糖， 主要供國(guó)內(nèi)印染 業(yè)使用。 但此后報(bào)道卻不多 見(jiàn)。七十年代末， 美國(guó) 波士頓會(huì)議 之后，引 起了 我國(guó) 科技工 作者的 極大興趣， 殼聚糖的研究進(jìn)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(jī)構(gòu)都中 報(bào)專(zhuān)項(xiàng)課題，查 閱國(guó)內(nèi) 外文獻(xiàn)研究殼聚糖的

10、 特性和應(yīng)用，有些己 轉(zhuǎn)為生產(chǎn)力，進(jìn)行科技成果轉(zhuǎn)讓。1 9 9 6年年底，我國(guó)首屆甲 殼素學(xué)術(shù) 研討會(huì)在北京召 開(kāi)， 盛況空前， 這標(biāo)志著我國(guó)殼聚糖的 研究進(jìn)入了 新的 歷史時(shí) 期， 也 將是 跨世紀(jì)的第三個(gè)階段。 作為一個(gè)盛產(chǎn)蝦、蟹， 其它甲 殼素資 源也相當(dāng) 豐富的 國(guó) 家， 如能 通過(guò)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(lái)， 無(wú)疑 對(duì)我國(guó)國(guó)民 經(jīng)濟(jì)的發(fā) 展具 有很大 意義。 據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目 前殼聚糖在下列三

11、個(gè)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(lèi):一 類(lèi)是無(wú)機(jī)鹽 類(lèi)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(dú)使用無(wú)機(jī)絮凝劑，藥 劑量大， 操作復(fù) 雜，污泥生成量大，

12、處理費(fèi) 用高， 脫色效果差;另一 類(lèi)是有機(jī)高分子類(lèi)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(bào)道是很強(qiáng)的 致癌物質(zhì)。 為此，開(kāi)發(fā)安全無(wú)毒、無(wú)二次污染的絮凝劑已 越來(lái)越引起各國(guó)科研工作者的重視。近年 來(lái)，殼 聚糖的 應(yīng)用 研究己 經(jīng)取得巨大的 進(jìn)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(qiáng)，而且無(wú)毒不產(chǎn)生二次