（環(huán)境工程專業(yè)論文）改性殼聚糖的制備及其應(yīng)用.pdf

沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 本論文使用微波加熱法制備新型殼聚糖吸附劑 并研究吸附性能 具體內(nèi)容 如下 1 采用微波加熱法 對(duì)殼聚糖進(jìn)行硫脲改性和乙二胺改性 通過單因素和正 交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化 確定最佳合成條件 制備硫脲改性殼聚糖 t c t s 和乙二胺改性殼聚 糖 c t s s 在合成過程中投加自制f e 3 0 4 分別制得磁性硫脲改性殼聚糖 m t c t s 和磁性乙 二胺改性殼聚糖 m c t s s 用紅外光譜 掃描電鏡 x 射線衍射分析對(duì) 產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征 2 考察不同p h 投加量 吸附時(shí)間 初始濃度和溫度等因素下t c t s 和c t s s 的吸附性能 結(jié)果表明 溶液p h 6 0 c u 2 初始濃度1 0 0 m l 時(shí) t c t s 和c t s s 對(duì)c u 2 的吸附量分別為8 5 5 3 m g 和1 3 1 1 m g p h 5 0 p b 2 十初始濃度為2 0 0 m l 時(shí) t c t s 和c t s s 對(duì)p b 2 吸附量7 9 2 6 m g 和1 0 3 3 m g 3 使用e d t a 二鈉和n a o h 混合溶液對(duì)t c t s 和c t s s 進(jìn)行洗脫 并研究其 再生性 結(jié)果表明 對(duì)c u 2 和p b 2 經(jīng)過5 次重復(fù)吸附后 重復(fù)利用率分別為t c t s 8 6 1 1 和8 3 6 7 c t s s 8 4 5 0 和8 1 9 2 均具有良好的重復(fù)再生性 4 使用自制動(dòng)態(tài)吸附裝置 選用不同的進(jìn)液流速和吸附柱高 考察t c t s 對(duì) c u 2 動(dòng)態(tài)吸附性能 結(jié)果表明 流速越快 層高越低 穿透時(shí)間越短 5 對(duì)m t c t s 和m c t s s 進(jìn)行磁性能及吸附性能檢測(cè) 結(jié)果表明 隨著f e 3 0 4 投加量的增加 吸附劑的磁性能增加 m t c t s 吸附量隨之增加 m c t s s 吸附量 隨之減少 其中硫脲改性殼聚糖經(jīng)過f e 3 0 4 負(fù)載后得到吸附劑吸附量增加 溶液 p h 6 o u 2 初始濃度1 0 0 m l 時(shí) 負(fù)載o 1 9f e 3 0 4 的m t c t s 和o 0 l gf e 3 0 4 的 m c t s s 對(duì)c u 2 的吸附量分別為9 3 5 4 n l g 儋和1 2 7 8 m g 通過f c 3 0 4 負(fù)載與硫脲 和乙二胺的改性得到的吸附劑不僅具有良好的吸附性能 還具有磁性能便于分離 回收 對(duì)蘭g 際廢水處理具有實(shí)際意義 6 對(duì)t c t s c t s s m t c t s 進(jìn)行熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析擬合 發(fā)現(xiàn)c t s s 吸附c u 2 符合l a l l 齲 l u i r 等溫吸附模型 t c t s 吸附c u 2 c t s s 吸附p b 2 m t c t s 吸附c i u 2 都符合f r e u n d l i c h 等溫吸附模型 且這些過吸附過程都是吸熱 自發(fā) 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 無(wú)序的過程 并均符合p s e u d o 二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型 7 t c t s 和c t s s 吸附二元和三元金屬離子實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明 在各二元離子 溶液中 t c t s 和c t s s 對(duì)c u 2 優(yōu)先選擇吸附 c t s s 適于分離c u 2 p b z n 2 和 c u 2 p b 2 c d 2 三元溶液 t c t s 適于分離c u 2 n i 2 c d 2 三元溶液 t c t s 和c t s s 具有良好的吸附選擇性能 關(guān)鍵詞 殼聚糖 化學(xué)改性 微波 重金屬離子 吸附 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 一 a b s t r a c t i i lt h i sm e s i s n e w 出t o s a na d s o r b e n t sw e r ep r 印a r e db ym i c r o w a v c 融l t i n 昏 s t u d i e sw 明el n a d ei n t 0t h ca b s 印t i nc a p a c i t y f o rr 刪出t o s a na d s o r b e n t s t h e c o n c r c t ec o r t 衄t sw e r ea st o l l o w s m 吐1 i o u r e am o d i 6 c a t i o n 距dc m y l e n e d i 鋤i n em o d i j e i c a t i o no f c l l i t o s a nw e r c p r 印a r e db ym i 啪w a r eh e 抓n g t h eb e s t r e a c t i o nc o n d i t i o n0 ft l l i o u r e am o d i 缸e d 出t o s a i l t i c t s 觚de t h y l e n e d i 鋤i n em o d i l e i e d c h i t o s a i l c t s s w e r ec h o o s l n gb y s i n g l ef a c t o r 舭do 心g o n a le p 咖e n t s i nm es 蛐e s i sp r o c e s sh o m e m a d e fe 3 u 4 w e r ea d d e dt og e tm em a 印e t i c o u r e am o d i f i e dc h i t o s a n m t c t s a n dm a 伊e t i c e a i v l e n e d i a i l i n em o d i 矗e dd l i t o s 姐 m c t s s r e s p e c t i v e l y t h e s t m c t u r eo tp r o d u c t s w e r ec h 哦l c t c r i z e db yf 0 u r i e r 仃a 1 1 s f o m i n 仃a r e ds p c c 們s c o p y f r l 取 x r a y d i f j 眈c t i o ni r d s c a l l n i n ge l e c t l 的nm i c r o s c o p y s e m 2 t l l e 似o r st h a tm i g h ti n n u e n tt h ea b s o 印t i o nc a p a c i t y o ft c t sa n dc t s s w e r ei n v e s t i g a t e d 眥h a sp hv a l u e a b s o r b e n td o s a g e a d s o 叫o nt i m e 1 1 1 1 t l a j c o n c 齟仃a t i o n s 趾dt 鋤p c r 姍e i tc o u l d b ec o n c l u d e dm a t w h e no p e r a n n gc o n d l n o n w e r ec o n 缸o(hù) l l e da tp h6 o c u 2 i n i t i a lc o n c 伽l 仃a t i o n o f10 0m l h ea b s 唧t i o n c a p a c i t yo t c t s 鋤dc t s sf o rc u 2 w e r e8 5 5 3m g a n d1 31 1m gr e s p e c t l v e l y w h c no p c r a t i n gc o n d i t i nw e r ec o l l t r 0 1 l e da tp h 5 0 p b 2 i m t i a lc o n c 眥a t i o n o flo o m l t h ea b s o 印t i o nc a p a c i t y f t c t sa n dc t s sf o rp b 2 w e r e7 9 2 6m g a n d10 3 3 m gr e s p e c t l v e l y 3 1t c t sa n dc t s sw e r ee l u t e d b yn 蟬一e d t a a i l dn a o hm i x e ds o l u t l o n h c r e g 饑e r a t i o r lw a u ss 硼i e d nw a s f o u n dt h a ta f t e rt h ea b s o 印t i o no f t c t sa 1 1 dc t s sf o r c u 2 a n dp b 2 r 印e a t e d5t i m e s r 印e a t a b l e u t i l i z a t i o no ft c t sw e r e8 6 1 1 a 1 1 d 8 3 6 7 r l s p e c t i v e l y w h i l er e p e a t a b l eu t i l i z a t i o no f c t s sw e r e8 4 5 0 a n d8 1 9 2 r c s p e c t i v d y t h er e s u l t ss h o w c dt h a tt h er e g e n e r a t i o n o ft c t sa n dc t s sw e r c 鏟e a t 4 us i n gm eh o m 鋤a d ed y i l 鋤i ca d s o 印t i o ne q u i p m e n t c h o o s i n g t h ed l f t e r e n t f l o wr a t e 舭dc 0 1 咖h e i 出 d y n 鋤i ca d s o 印t i o np r o p 鰍i e s o nt c t sf o rc u 二 w e r e 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 一 i l i v 硎g a t e d 1 1 艙r e s u l t ss h o wm a tt h en o wr a t ef a s t e r m ec o w n nh e i g h tl o w c r h c a i m 喲u 曲t i m ew a ss h o r t 既 5 t e s t i n gm em a 鱸e t i s ma n da d s o 印t i o np r o p e n i e sf o rm t c t sa i l dm c t s s t 1 1 e 他眥i t sd h o wm a t w i t ht h ei n c r e a s eo ff e 3 0 4 d o s a g e m a g n e l i s mo fa d s o r b c n t sw e r e m 蝴s e d 鋤dt h ea d s o 印t i o l lc a p a c i t yo fm t c t sw a si n c m 嬲c d t h a to fm c t s s w a s d e 翎潞耐 t h i o u r e am o d i f i e dc h i t o s a i l w i t h f e 3 0 4g o tm o r e a d s o r p t i o n c a p 撕夠礬e nm es 0 1 u t i o np h 6 o c u 2 i n i t i a lc o n c e n t r a t i o nw a s 10 0 i l 班 a d s 0 刪鋤c a p a c i t yo f 廿l em t c t sl o a d e d0 1gf e 3 0 4a n dm em c t s sl o a d e do 0 1g f c 3 0 4 缸 c u 2 w e r e9 3 5 4m g 趴d12 7 8m g r e s p e c t i v e l ym o d i f i e dc h i t o s 觚w i t h f e 3 0 4n o to n l yh a v en i c ea d s 0 1 p t i o np r 印e n i e s b u ta l s om a g n e t i s mw h i c hi sh e l p 如l t o s e p a 強(qiáng)鈀缸l dr e c o v e r y w h i c hi sp r a c t i c a lo nt h er e a lw a s t e w a t e r 仃e a t m 鋤t 夠a c c o d i n gt oa i l a l y s i so ft h e 螄o d y n 鋤i c sa n dk i n e t i c so nt c t s c t s sa n d m t c i s i tw a sf o u 芏1 dt l l a tt h ea d s o 印t i o no nc t ssf o rc u 2 f i t t e dl a l l 鄹m i ri s o m e r m a l m o d e l t c t sf o rc u 2 a 1 1 dp b 2 c t s sf o rp b 2 m t c t sf o rc u 2 十矗t t e df r e u i l d l i c h i a lm o d e l t h e s e a d s o 印t i o np r o c e s s e sw e r es p o n t a n c o u e 1 1 d o 如e 玎n i ca i l d c l i 缸 0 p ym i 姍s t h e s ea d s o 印t i o na l s of i t t e dp s e u d os c e o n dk i n e t i c sm 0 i d e l 7 t h er e s u l t so ft h ee x p 嘶m e n t so nt h et c t sa 1 1 dc t s sa d s o 印t i o n 矗wb i n a 珂 黼dt 鋤a f m e t a l i o n ss h o wt h a t i nt h eb i n a 巧i o ns o l u t i o n c u 2 w a s a d s o r b e d 胛刪a 1 1 yb yt c t sa n dc t s s t h et c t sa n dc t s sa r e p r e f e i t c da d s o 坤t i o nc u 2 c t s s 嘲s u i t e d 缸 s 印刪i n gt h ec u 2 一p b 2 z n 2 a n dc u 2 p b 2 c d 2 t e n l a r ym e t a l 1 0 n ss o l u t i o n s a i l dt c t sw a ss u i t e df o rs 印a r a t i n gt h ec u 2 c d 2 n i 2 t 鋤a r ym e t a l i 0 璐s 0 l u t i o n t c t sa i l dc t ssh a sg o o da d s o 印t i o ns e l e c t i v i t y k 獅怖一s 6 h 主幻s a l l c h e 刪c a lm o d i 矗c a t i o n m i c r o m a v e h e a v ym e t a li o n s a d s o p t i o n 第l 章緒論 第1 章緒論 1 1 重金屬的污染現(xiàn)狀及其處理方法進(jìn)展 1 1 1 重金屬?gòu)U水的來(lái)源與危害 近些年 隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展 重金屬?gòu)U水的排放量越來(lái)越大 重 金屬?gòu)U水主要來(lái)源于化工 電氣 冶金 電鍍 采礦等工業(yè)廢水 l 由于在生產(chǎn) 過程中使用了各種有機(jī)絡(luò)合物與添加劑等 排放廢水中的成分越來(lái)越復(fù)雜 毒性 越來(lái)越大 加大了治理的難度 至今 國(guó)內(nèi)外都沒有完善的技術(shù)能將重金屬?gòu)U水 治理徹底 因此需要加快對(duì)重金屬污染處理技術(shù)的研究與實(shí)踐 重金屬具有長(zhǎng)期性 富集性與不可逆轉(zhuǎn)性等特點(diǎn) 不能被微生物降解 重金 屬隨著廢水排放進(jìn)入水體以后 被水體中的某些無(wú)機(jī)或有機(jī)膠體吸附 經(jīng)過聚集 后會(huì)在水底沉積起來(lái) 并且在水體中的濃度會(huì)隨著溫度和p h 值的變化而變化 含 有重金屬的廢水會(huì)在人類與其他生物體內(nèi)造成永久性中毒 重金屬被植物及水生 生物吸收累積在體內(nèi) 進(jìn)入食物鏈 通過食物進(jìn)入人體并高濃度的富集 然后造 成慢性中毒 危害人類的健康 例如銅對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng) 酶活動(dòng) 造血功能及內(nèi)分泌 功能都有影響 含量過高會(huì)損害肝臟 出現(xiàn)活動(dòng)性或慢性的肝癸 鉛過量的攝入 人體會(huì)造成鉛中毒 對(duì)特定的神經(jīng)系統(tǒng)具有毒害作用 還會(huì)傷害甲狀腺與生殖細(xì) 胞等h 鎘通過呼吸道和消化道被攝入到人體 使肝 腎 骨等器官發(fā)生病變 并 造成神經(jīng)痛和貧血嘲 鎳以羰基鎳形式存在時(shí)具有很強(qiáng)毒性 會(huì)以蒸汽態(tài)被呼吸道 和皮膚吸收 進(jìn)入人體會(huì)導(dǎo)致呼吸道癌和皮膚炎等癥狀 e 1 1 2 重金屬?gòu)U水的處理方法 近些年處理重金屬?gòu)U水污染采取了許多方法 主要有 1 化學(xué)沉淀法 2 離 子交換法 3 電解法 4 電滲析法 5 吸附法等叫 1 化學(xué)沉淀法 向廢水中投加特定藥劑 將廢水中的污染物轉(zhuǎn)化成不溶物質(zhì) 從而沉淀下來(lái) 達(dá)到去除的目的 根據(jù)投加沉淀藥劑不同可分為 中和沉淀法 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 硫化沉淀法和鐵氧體共沉淀法 中和沉淀法是向重金屬?gòu)U水中投加堿試劑 使重金屬污染物轉(zhuǎn)化成不溶于水 的氫氧化物沉淀下來(lái) 進(jìn)行分離去除 中和沉淀法是操作簡(jiǎn)單 最為常用的方法 但是這種方法不但需要大量的沉淀劑 而且出水p h 值偏高 需要中和處理以后才 能排放 對(duì)產(chǎn)生的廢漿的處理也是一個(gè)問題 硫化沉淀法是向廢水中加入硫化物沉淀劑使重金屬形成硫化物沉淀下來(lái) 這 種方法相比于中和沉淀法 形成的重金屬硫化物沉淀溶解度更低 并且在p h 值 7 9 之間就會(huì)發(fā)生反應(yīng) 出水不需要再中和處理 但是硫化物沉淀劑容易殘留在水 中 在酸性環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生硫化氫氣體 產(chǎn)生二次污染 鐵氧體共沉淀法是通過向廢水中投加鐵鹽 并調(diào)整工藝條件 使有利于鐵氧 體的形成 與廢水中的多種重金屬離子形成穩(wěn)定的鐵氧體共沉淀物 通過沉淀分 離達(dá)到去除的目的 這種方法可以一次去除多種重金屬離子 沉淀顆粒大容易去 除 不易產(chǎn)生二次污染 但是這種方法需要加熱到一定的高溫下慢慢在空氣中氧 化 操作時(shí)間長(zhǎng) 能耗大 2 離子交換法 重金屬離子與交換樹脂上的同性電荷離子發(fā)生離子交換反應(yīng) 然后再通過解吸樹脂將重金屬去除f 1 2 1 重金屬去除效果與交換樹脂的性能有很大 影響 其中 陽(yáng)離子交換樹脂 陰離子交換樹脂 螯合樹脂等是常用的離子交換 樹脂 陽(yáng)離子交換樹脂由供交換的陽(yáng)離子和聚合物陰離子組成 重金屬離子與樹脂 上的陽(yáng)離子進(jìn)行交換 陰離子交換樹脂由供交換的陰離子和聚合物陽(yáng)離子組成 廢水中酸根離子會(huì)與樹脂上的陰離子發(fā)生交換 螯合樹脂具有螯合基團(tuán) 能夠與 某些特定的重金屬離子發(fā)生選擇性離子交換反應(yīng) 當(dāng)樹脂飽和以后 可用相應(yīng)的 洗脫劑對(duì)重金屬進(jìn)行回收 相比于前兩種樹脂 螯合樹脂去除重金屬的效果更好 1 4 1 5 l o 離子交換樹脂處理容量大 效果好 可回收重金屬 無(wú)二次污染 但是樹脂 容易受到污染 氧化失效 回收重金屬和再生樹脂的成本較高 在處理高濃度廢 水時(shí) 操作繁瑣 成本高 殘留重金屬離子濃度不穩(wěn)定 因此離子交換法適合處 理濃度較低的重金屬?gòu)U水 一7 第1 章緒論 3 電解 法 利用重金屬的電化學(xué)性質(zhì) 使重金屬離子在電解時(shí)從高濃度溶液 中分離出來(lái)并加以利用m m 電鍍廢水的處理主要利用電解法 這種方法具有去除 率高 無(wú)二次污染 可回收利用所沉淀的重金屬等優(yōu)點(diǎn) 電解法產(chǎn)生的污泥量少 并能回收銀銅鎘等重金屬 是一種成熟的處理技術(shù) 廣泛應(yīng)用于廢水的處理 但 是當(dāng)廢水中 重金屬離子濃度很低時(shí) 電解法處理效果不佳 4 電滲析法 屬于膜分離技術(shù)的一種 在直流電場(chǎng)的作用下 利用電位差的 推動(dòng)力和離子交換膜的選擇性 將溶液中的電解質(zhì)分離出來(lái) 達(dá)到淡化 濃縮 精制或純化 等目的 1 9 電滲析法具有工藝簡(jiǎn)單 去除效果好 可回收廢水中重金屬 等優(yōu)點(diǎn) 但是在處理廢水時(shí) 對(duì)膜的選擇性高 處理不同重金屬離子必須使用相 匹配的膜 對(duì)廢水的成分及條件的要求很嚴(yán)格 成本高 這些因素限制了電滲析 法在實(shí)際重金屬?gòu)U水處理中的應(yīng)用 5 吸附法 利用吸附劑吸附廢水中的污染物 達(dá)到凈化廢水的方法 利用吸 附法處理重金屬?gòu)U水 適用范圍廣 處理效果好 操作簡(jiǎn)便 無(wú)二次污染 可回 收重金屬及吸附劑可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn) 吸附劑與吸附質(zhì)之間存在范德華力 化學(xué) 鍵力和靜電引力 根據(jù)表面不同的吸附力 吸附可分為物理吸附 化學(xué)吸附和離 子交換吸附等三種類型 在廢水處理中 多數(shù)吸附過程是這幾種吸附的綜合作用 根據(jù)吸附質(zhì)與吸附劑的特性及其他因素的影響 可能表現(xiàn)為某種吸附為主 在吸 附方面 國(guó)內(nèi)外科研者做了大量的研究 目前廣泛的應(yīng)用于化工 生物工程 藥 物衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域眥 j 工業(yè)上目前廣泛使用的吸附劑如活性炭 可再生性差 使用成本高 應(yīng)用上 受到限制 因此尋找廉價(jià)且處理效果好的吸附材料已成為當(dāng)前環(huán)境污染治理中需 要解決的問題 工業(yè)吸附劑需要滿足以下幾個(gè)要求 1 吸附能力強(qiáng) 2 吸附選擇 性好 3 再生和再利用性能好 4 吸附平衡濃度低 5 機(jī)械強(qiáng)度好 6 化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定 7 資源豐富 8 價(jià)格低廉 天然高分子具有資源豐富 種類多 制備成本低 可再生性 無(wú)毒 可生物 降解等優(yōu)點(diǎn) 近年來(lái) 天然高分子及其衍生物被廣泛地應(yīng)用于重金屬?gòu)U水的治理 卜 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 殼聚糖及其改性物的研究進(jìn)展 1 2 1 殼聚糖 陛質(zhì) 殼聚糖 c k t o s a n 即p 1 4 2 氨基 2 脫氧 r 葡萄糖 是甲殼素 c h i t i n 脫乙酰 化后得到的產(chǎn)物 甲殼素廣泛地存在于蟹 蝦等甲殼類及藻類等海洋生物中 真 菌類生物體內(nèi)也還有甲殼素 含量非常豐富 自然界中約有1 0 0 億噸的年產(chǎn)量 是僅次于纖維素第二大多糖 甲殼素由葡萄糖結(jié)構(gòu)單元組成 分子中含有大量的 乙酰已糖胺殘基 因此分子間形成很強(qiáng)的氫鍵 導(dǎo)致其在水及有機(jī)溶劑中的溶解 性差 大大限制了其應(yīng)用范圍 甲殼素在堿性條件下通過加熱 可脫去n 乙?；?生成殼聚糖 殼聚糖能夠溶解于大部分的稀酸溶液 擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍 甲殼素 及殼聚糖的結(jié)構(gòu)式如圖1 1 跚 t 圖1 1 甲殼素 左 及殼聚糖 右 的結(jié)構(gòu)式 f i 9 1 1 階u c 觚 e so fc h i t i na n dc h i t o s 孤 殼聚糖是自然界中唯一的一種堿性多糖 一般呈白色無(wú)定型 半透明 略有 珍珠光澤的粉狀固體 由于原料和制備方法的不同 殼聚糖的相對(duì)分子質(zhì)量從數(shù) 十萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)不等 由于在殼聚糖中有 o h n h 2 o 基團(tuán) 會(huì)形成分子內(nèi)及分 子間氫鍵 但與甲殼素不同 因此會(huì)具有有別于甲殼素的晶格結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì) 殼聚糖分子鏈上存在自由氨基 這些氨基的氮原子上存在一對(duì)孤對(duì)電子對(duì) 使氨 基呈現(xiàn)弱堿性 能結(jié)合溶液中的氫離子 使殼聚糖成為帶陽(yáng)電荷的聚電解質(zhì) 導(dǎo) 致分子內(nèi)及分子間的氫鍵與原有的晶格結(jié)構(gòu)被破壞 因此殼聚糖能溶于稀鹽酸 稀硝酸等無(wú)機(jī)酸及大部分的有機(jī)酸 在稀的殼聚糖溶液中 殼聚糖分子鏈會(huì)充分 伸展 形成類似剛性結(jié)構(gòu) 3 l 在稀酸中 殼聚糖的主鏈會(huì)慢慢水解 溶液粘度會(huì)慢 慢降低 最后會(huì)水解成寡糖和單糖 因此 殼聚糖溶液需要現(xiàn)用現(xiàn)配 殼聚糖的 4 第l 章緒論 溶解性受到分子質(zhì)量和脫乙酰度等因素的影響 殼聚糖脫乙酰度越高 相對(duì)分子 質(zhì)量越低 它的溶解度越大 3 2 另外 殼聚糖具有良好的吸附性 通透性 成膜性 吸濕性 保濕性和成纖性等優(yōu)點(diǎn)等 因此在醫(yī)藥衛(wèi)生 環(huán)境保護(hù)和日用化工等方 面具有巨大的發(fā)展?jié)摿?1 2 2 殼聚糖的化學(xué)改性 殼聚糖可作為絮凝劑 吸附劑用于廢水的絮凝反應(yīng) 脫色 重金屬的去除及 回收 污泥脫水和飲用水的凈化等 廣泛地應(yīng)用于水處理方面 3 3 書 但是殼聚糖在 p h 較低的環(huán)境中 分子中的氨基會(huì)發(fā)生質(zhì)子化而溶解流失 很大程度上限制了其 應(yīng)用范圍 從殼聚糖的結(jié)構(gòu)來(lái)看 分子中含有大量的羥基和氨基 具有良好的的 化學(xué)反應(yīng)活性 可通過各種化學(xué)方法進(jìn)行改性 引入相應(yīng)的吸附官能團(tuán)斷 隨著殼 聚糖作為吸附劑成為新的研究和應(yīng)用熱點(diǎn) 國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了多種改性方式來(lái)提 高殼聚糖的吸附性能 刪 1 2 2 1 季銨化 季胺化反應(yīng)主要是發(fā)生在殼聚糖分子中的氨基上 季銨鹽基團(tuán)的水和能力強(qiáng) 能增加其水溶性 提高其陽(yáng)離子和正電性強(qiáng)度 增強(qiáng)絮凝能力 合成殼聚糖季銨 鹽的方法一般有三種 一是殼聚糖直接與碘甲烷反應(yīng) 4 3 二是先用殼聚糖與過量的 醛類和n a i h 4 還原合成n n 二甲基殼聚糖 然后再與碘甲烷反應(yīng)刪 三是先用氨 基與醛反應(yīng)成希夫堿后再用n a b h 4 還原成伸胺 然后與碘甲烷合成殼聚糖季銨鹽 4 5 1 蔡照勝等 研究了季胺化殼聚糖對(duì)六價(jià)鉻絮凝性能的研究 發(fā)現(xiàn)季銨基團(tuán)的 引入能使殼聚糖的正電性增加 提高了對(duì)廢水中c r 2 0 7 2 及其他可形成帶負(fù)電的膠 體顆粒的有機(jī)化合物的去除能力 1 2 2 2 酰基化 ?；菤ぞ厶腔瘜W(xué)改性中研究最多的一種 通過與多種有機(jī)酸的衍生物在 氨基或羥基上發(fā)生n ?；騩 ?；磻?yīng) 引入不同的芳香族或脂肪族酰基 從而 改善產(chǎn)物在有機(jī)溶劑中的溶解性 由于?；磻?yīng)與?；Y(jié)構(gòu) 催化劑種類 反應(yīng) 溶劑和反應(yīng)溫度等條件有關(guān) 因此得到?；a(chǎn)物往往不是單一的 即發(fā)生n 一?；?沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 又發(fā)生o ?；?一般情況下 殼聚糖分子中 氨基反應(yīng)活性比羥基大 在沒有保 護(hù)氨基的情況下 ?；磻?yīng)會(huì)先發(fā)生在氨基上 如要得到o ?；a(chǎn)物 應(yīng)先保護(hù) 殼聚糖分子鏈上的氨基 在溫和條件下進(jìn)行?；?反應(yīng)結(jié)束后再脫去保護(hù)基即得 到目標(biāo)產(chǎn)物 殼聚糖經(jīng)過?；磻?yīng)可引入一c o o h 和 n h s 0 3 等官能團(tuán) 增加殼聚 糖分子的吸附點(diǎn) 從而增加對(duì)金屬離子的吸附容量 一s 巧o 1 2 2 3 烷基化 烷基化反應(yīng)主要包括s c h 濉堿反應(yīng)和n 烷基化反應(yīng) s 出f r 堿反應(yīng)是指在中性介質(zhì)中殼聚糖易與酮或醛發(fā)生s c h 衙堿反應(yīng) 再經(jīng)過 硼氫化鈉還原生成殼聚糖n 衍生物 這類衍生物在殼聚糖的研究和應(yīng)用中具有非 常重要的作用 一方面 s c h i f r 堿反應(yīng)可以保護(hù)氨基 使羥基進(jìn)行改性 反應(yīng)結(jié)束 后可以輕易的脫去保護(hù)基團(tuán) 另一方面 殼聚糖與一些特殊的醛發(fā)生s c h 濉堿反應(yīng) 可以生成有用的n 衍生物 從而大大改善了殼聚糖的吸附性能 鄭大鋒等 5 l 人研 究了利用香草醛與殼聚糖發(fā)生s h i f f 堿改性值得香草醛接枝殼聚糖并測(cè)定其吸附性 能 得出香草醛接枝殼聚糖對(duì)重金屬離子的吸附速率與吸附容 量都有明顯提高 n 烷基化反應(yīng)是指殼聚糖分子中的氨基具有很強(qiáng)的親核能力 可以和鹵代烷 發(fā)生n 烷基化反應(yīng) 殼聚糖與環(huán)氧衍生物反應(yīng)生成n 烷基衍生物 可引入親水性 的羥基 提高吸附產(chǎn)物的吸附性能 殼聚糖烷基化衍生物能與重金屬離子形成穩(wěn) 定的多元環(huán)螯合物 對(duì)重金屬離子的吸附能力和吸附選擇性都 有所提高 5 3 刪 1 2 2 4 羧基化反應(yīng) 羧基化反應(yīng)是指用乙醛酸或者氯代烷酸與殼聚糖上自由氨基和c 6 位上的羥基 發(fā)生反應(yīng) 制得相應(yīng)的羧基化殼聚糖衍生物 目前羧甲基化反應(yīng)是研究最多的 羧甲基化殼聚糖衍生物的分子內(nèi)含有 o h n h 2 和 c o o h 等活性基團(tuán) 對(duì)印染廢 水和重金屬?gòu)U水的處理效果要高于殼聚糖田刪 在羧甲基化反應(yīng)過程中 殼聚糖分 子中的氨基與c 6 位上的羥基存在競(jìng)爭(zhēng) 產(chǎn)物基本是n o 羧甲基殼聚糖衍生物 如 先采用保護(hù)基團(tuán)對(duì)氨基進(jìn)行保護(hù)在進(jìn)行羧甲基化反應(yīng) 可制得取代位置明確的o 羧基化殼聚糖 1 2 2 5 交聯(lián) 殼聚糖與具有雙官能團(tuán)的醛進(jìn)行交聯(lián) 使產(chǎn)物水溶性降低 溶脹減小 交聯(lián) 一6 第1 章緒論 反應(yīng)主要是醛基與殼聚糖分子上的氨基發(fā)生s c h i 蹴反應(yīng) 也與羥基發(fā)生反應(yīng) 常 見的交聯(lián)劑有環(huán)氧氯丙烷 戊二醛等 由于交聯(lián)反應(yīng)消耗了殼聚糖的活性基團(tuán) 對(duì)重金屬的吸附性能低于殼聚糖 但是提高了金屬離子的吸附選擇性及吸附速度 6 i 6 2 lo 1 2 2 6 接枝共聚 接枝共聚物指含烯鍵高分子物質(zhì)與乙烯基化學(xué)聯(lián)結(jié)所形成的化合物 得到的 共聚物具有與原物質(zhì)不同的性質(zhì)和原物質(zhì)的一些特性 接枝反應(yīng)主要分為離子引 發(fā)接枝和自由基引發(fā)接枝兩種 其中氧化還原引發(fā)是最常用的自由基引發(fā)接枝方 法 氧化還原引發(fā)體系常用的引發(fā)劑有 過硫酸鉀 鈰離子 f e 2 h 2 0 2 等 6 3 1 殼 聚糖的接枝共聚反應(yīng)由鏈引發(fā) 鏈增長(zhǎng)和鏈終止反應(yīng)組成 以殼聚糖為主鏈 乙 烯基或其他單體為側(cè)鏈合成半聚合物 根據(jù)需要 可將一些對(duì)金屬離子有螯合或 吸附作用的官能團(tuán)引入殼聚糖分子上 從而改善殼聚糖性能m 酤 l i nw 等郾 將硫脲與殼聚糖進(jìn)行接枝反應(yīng)合成了對(duì)金屬離子具有良好吸附性能 的硫脲殼聚糖 研究了產(chǎn)物對(duì)a 礦離子的吸附性能 結(jié)果表明在p h 4 時(shí)對(duì)a 礦離子 的最大吸附量可達(dá)到3 3 7 n l n l o l g m u n i y 印p a nrg 等 6 7 1 對(duì)殼聚糖進(jìn)行了胺化接枝改 性 研究其對(duì)水溶液中的c u 2 的吸附性能 吸附量可達(dá)到1 2 6 m g 儋 相對(duì)于殼聚糖 具有明顯的提高 1 2 2 7 模板 以某種金屬離子為模板 使配體與金屬離子絡(luò)合 后分子間進(jìn)行交聯(lián) 制取 高分子配體聚合物 殼聚糖模板改性是指用特定金屬離子與殼聚糖發(fā)生絡(luò)合反應(yīng) 后 再使用相應(yīng)鹵代烷進(jìn)行反應(yīng) 后用稀酸進(jìn)行處理得到殼聚糖模板衍生物 制 得的聚合物具有分子配位基與金屬離子絡(luò)合的選擇性構(gòu)象 其吸附性能有明顯改 善 此外這種吸附劑還具有一定的 記憶識(shí)別 能力 8 e s z 1 2 2 8 金屬氧化物復(fù)合 通過特定的金屬氧化物與殼聚糖復(fù)合 引入新的性能 如殼聚糖 t i 0 2 吸附劑 能夠更有效地吸附重金離子 y u g u it 7 3 研究表明 殼聚糖一t i 0 2 吸附劑能夠有效地 吸附水溶液中p b 2 離子 殼聚糖 f e 3 0 4 吸附劑不僅具有殼聚糖的吸附能力 還具有 f c 3 0 4 的磁響應(yīng)性 使吸附劑具有可回收性和易再生性 提高了吸附劑的實(shí)用性f 7 4 7 5 7 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 2 9 雜環(huán)化合物反應(yīng) 殼聚糖分子中的氨基與羥基能在溫和條件下與各種雜環(huán)化合物發(fā)生反應(yīng) 而 不影響整體性能 殼聚糖經(jīng)2 苯并咪唑化學(xué)改性后 對(duì)c d 2 c r 6 p b 2 c u 2 等重金屬離子的吸附性能顯著 同時(shí)增強(qiáng)了抑菌性 還提高了聚合物抑制金屬腐 蝕的能力 7 6 殼聚糖與2 硫代四氫咪唑啉酮反應(yīng)制得產(chǎn)物對(duì)一系列重金屬離子都具 有較強(qiáng)的吸附性能 且抑菌效果明顯 7 7 芳香醛與殼聚糖反應(yīng) 得到產(chǎn)物對(duì)水中的 重金屬離子具有較好的吸附效果f 7 8 1 2 2 1 0 其他吸附劑復(fù)合 各類吸附劑各有優(yōu)缺點(diǎn) 為了提高吸附劑性能 揚(yáng)長(zhǎng)避短 兩種或多種吸附 劑通過物理或化學(xué)改性合成新型吸附劑 常見的吸附劑基本可分為物理吸附劑和 化學(xué)吸附劑 通過控制堿性 溫度等反應(yīng)條件的方法 殼聚糖可與活性炭 7 9 刪 硅 膠 8 l 8 2 l 沸石 8 3 洲 麥飯石 8 5 和粉煤灰 8 6 彤 等進(jìn)行表面物理改性 通過官能團(tuán)的化學(xué) 反應(yīng) 殼聚糖可與竹炭 8 s 纖維素 s 舯 和淀粉 9 l 等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引入新的吸附官能 團(tuán) 此外 殼聚糖與其他吸附劑復(fù)合 還能提高殼聚糖的利用率 減少殼聚糖的 投加量 更具經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性 1 2 3 殼聚糖及其衍生物在水處理中的應(yīng)用 殼聚糖及其衍生物具有天然 無(wú)毒無(wú)害 安全穩(wěn)定 生物相容性 生物降解 性 不易造成二次污染等特點(diǎn) 可用作絮凝劑 殺菌劑 制膜劑 離子交換劑和 吸附劑等 廣泛地應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域上 在染料廢水的脫色 重金屬離子的回 收 有機(jī)物的去除等方面是一種性能優(yōu)良 開發(fā)應(yīng)用前景廣的新型水處理材料 近年來(lái) 國(guó)內(nèi)外已普遍將殼聚糖應(yīng)用于水處理上 日本每年使用約5 0 0 噸殼聚糖 處理污水及污泥 美國(guó)主要將殼聚糖應(yīng)用于飲用水凈化方面 殼聚糖主要通過吸 附和絮凝作用于水處理 殼聚糖及其衍生物通過配位 離子交換等作用對(duì)金屬離 子 染料 有機(jī)污染物等進(jìn)行吸附 1 3 吸附類型 吸附質(zhì)從水中移至吸附劑顆粒表面 發(fā)生吸附 引起吸附的主要原因是吸附 質(zhì)對(duì)吸附劑顆粒的高親和力及對(duì)水的疏水性 吸附質(zhì)在水中的溶解度是主要影響 第l 章緒論 因素 溶解度越大吸附劑表面運(yùn)動(dòng)可能性越小 反之越大 吸附質(zhì)在固相吸附劑 表面的吸附過程主要由吸附質(zhì)與吸附劑之間的靜電引力 范德華力或化學(xué)鍵力引 起 可分為三種基本類型 1 物理吸附 吸附質(zhì)與吸附劑之間由范德華力作用產(chǎn)生吸附 物理吸附不具 有選擇性 吸附質(zhì)不被固定在吸附劑表面特定位置上 能在界面范圍自由移動(dòng) 其吸附不如化學(xué)吸附穩(wěn)定 物理吸附過程放熱少 能在低溫狀態(tài)下進(jìn)行 可以是 單分子層吸附也可以是多分子層吸附 物理吸附的主要影響因素是吸附劑的比表 面積和孔分布 2 化學(xué)吸附 吸附質(zhì)與吸附劑通過螯合配位作用發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 形成穩(wěn)定的 表面絡(luò)合物和吸附化學(xué)鍵 吸附過程中放出大量熱 化學(xué)吸附具有選擇性 一種 吸附劑只對(duì)特定一種或幾種物質(zhì)有吸附作用 主要為單分子層吸附 化學(xué)吸附的 進(jìn)行需要一定的活化能 溫度較低時(shí) 吸附速率較小 吸附質(zhì)和吸附劑的化學(xué)性 質(zhì)與化學(xué)吸附有非常密切的關(guān)系 3 交換吸附 吸附質(zhì)的離子受到靜電引力的作用會(huì)聚集在吸附劑表面帶電位 上 同時(shí)置換出原先在這些帶電位上的離子 水合半徑的大小和離子電荷數(shù)是影 響交換吸附勢(shì)的重要因素 實(shí)際的吸附過程中 往往同時(shí)存在多種吸附類型 一定條件下物理吸附和化 學(xué)吸附可以相互轉(zhuǎn)化 同一物質(zhì)也可能會(huì)在低溫下發(fā)生物理吸附 高溫時(shí)進(jìn)行化 學(xué)吸附 吸附過程的機(jī)理可通過實(shí)驗(yàn)研究殼聚糖類吸附劑的吸附數(shù)據(jù) 進(jìn)行吸附熱力 學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)分析 并根據(jù)模型參數(shù)特性來(lái)研究吸附方式 目前關(guān)于吸附熱力 學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究報(bào)道已經(jīng)不少 但吸附機(jī)理仍需要進(jìn)一步深入研究 1 4 吸附機(jī)理 吸附質(zhì)在固相吸附劑表面的吸附過程主要為以下三個(gè)步驟 外擴(kuò)散 即吸 附質(zhì)從水體中擴(kuò)散至吸附劑表面 該過程以單層物理吸附為主 內(nèi)擴(kuò)散 即吸 附質(zhì)在吸附劑顆粒內(nèi)部繼續(xù)擴(kuò)散 這個(gè)過程以多層物理吸附及柱填充為主 表 面反應(yīng) 即吸附質(zhì)與吸附位的結(jié)合 這過程主要是由各種化學(xué)作用力為主的化學(xué) 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 吸附 通過測(cè)得的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行吸附熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析 可以進(jìn)一步詳細(xì)地 反映吸附過程和方式 為進(jìn)一步的應(yīng)用和研究提供原理支持 1 4 1 吸附熱力學(xué) 固液吸附過程較為復(fù)雜 迄今為止 雖然已經(jīng)有多種模型用來(lái)描述其等溫吸 附過程 但是還沒有形成較為完整的理論 這是因?yàn)槲角G在溶液中對(duì)溶質(zhì)的吸 附 還受到吸附劑與溶劑以及吸附質(zhì)與溶劑之間相互作用的影響 對(duì)固體吸附劑對(duì)溶液中溶質(zhì)的吸附過程 常用吸附等溫線來(lái)描述吸附體系中 達(dá)到平衡時(shí)溶液中溶質(zhì)濃度與吸附量之間的關(guān)系 一方面 吸附等溫線可用于描 述吸附行為 評(píng)價(jià)吸附劑的吸附能力及某一吸附過程的可行性 并且 從吸附等 溫線的類型和相關(guān)參數(shù)的分析中 還可以了解吸附劑表面性質(zhì)以及與吸附質(zhì)之間 的相互作用 另一方面 吸附等溫線可用于計(jì)算吸附熱力學(xué)參數(shù) 本論文探討關(guān)于改性殼聚糖對(duì)金屬離子的吸附過程中的熱力學(xué)模型 以此描 述改性殼聚糖的吸附方式與行為 采用l a n g m u i r f r e u n d l i c h 和g e n e m l i z e d 三種 熱力學(xué)模型對(duì)改性殼聚糖吸附金屬離子的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力學(xué)擬合分析1 9 m 1 4 1 1 吸附等溫模型 1 l 鋤朗 l u i r 模型 l 齟剿i r 等溫吸附模型廣泛應(yīng)用于染料 有機(jī)物和金屬離子吸附研究 適用 于單分子層吸附 主要描述同質(zhì)性表面吸附劑的吸附行為 吸附劑表面的吸附位 吸附能力是同等的 相互之間沒有影響 且發(fā)生螯合以后不再發(fā)生吸附 通常 l 鋤盟l u i r 模型可用來(lái)確定以單層吸附為主的吸附劑的最大吸附容量 其直線擬合 方程為 e g e c g m 1 兢g m 1 一1 式中 吼一吸附劑的飽和吸附容量 m g g m 一吸附劑的最大吸附容量 m g e 一離子溶液的吸附平衡濃度 m l 缸一l 粕印 l u i r 等溫吸附平衡常數(shù) l m g 與表面吸附能量有關(guān) 以c p 吼對(duì)g 作圖 求出最大吸附容量孫和吸附平衡常數(shù)缸 用無(wú)量綱的分離常數(shù)冠進(jìn)一步分析l a i l 盟塒r 模型 公式為 1 0 第l 章緒論 凡 1 1 缸c 0 1 2 式中 c r d 一離子溶液的初始濃度 m l 當(dāng)或 0 時(shí) 說(shuō)明吸附過程不可逆 在0 1 之間 說(shuō)明吸附過程為利于吸附 若毗 1 說(shuō)明吸附過程為線性吸附 當(dāng)毗 1 說(shuō)明吸附過程為不利于吸附 2 f r e 吡1 d l i c h 模型 f r c l m 1 l i c h 等溫吸附模型是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?適用于可逆吸附和多分子層吸附 可用來(lái)描述隨著離子初始濃度增加 吸附劑吸附容量隨之增加的吸附行為 可應(yīng) 用于發(fā)生于異質(zhì)性表面的吸附 應(yīng)用濃度范圍較廣 其直線擬合方程為 1 n g 1 n l n e 1 哳 1 3 式中 缸一f r c d l i c h 等溫吸附平衡常數(shù) l m g 表示吸附容量與結(jié)合能的關(guān) 系 玎一異質(zhì)性常數(shù) 表示吸附表面的異質(zhì)性 當(dāng)行 l 時(shí) 吸附是均質(zhì)的 刀 1 說(shuō) 明結(jié)合作用隨著表面離子增加 離子間吸引力增加 提高多層吸附容量 增加離 子與活性位接觸機(jī)會(huì)阱 以l n g 對(duì)l n c 作圖 求出異質(zhì)性常數(shù)刀和等溫吸附平衡常數(shù)缸 1 4 1 2 吸附熱力學(xué)參數(shù) 通過對(duì)上述吸附等溫模型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 可以計(jì)算得吸附過程中的吸 附焓變 月 吉布斯自由能變凹g 和熵變凹 其中吸附焓變0 功能夠反映吸附是 否是放熱或吸熱過程 通過有效描述吸附模型的吸附平衡常數(shù)與溫度和吸附熱的 關(guān)系式確定 l i 位 l n 似矽 卜彳腳矽 1 5 式中 么日一吸附焓變 k j m 0 1 七一相關(guān)模型的吸附平衡常數(shù) 尺一理想氣體常數(shù) 丁一絕對(duì)溫度 k 一常數(shù) 吉布斯自由能變可確定吸附過程是否白發(fā) 其相應(yīng)熵變能確定吸附平衡是吸 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 附體系中的混亂度變化 分別可通過吉布斯自由能方程和g i l b s h e l r i l l l o l t z 方程求 得 彳g 艘r 1 6 彳s f 么月勿q 廳 1 7 式中 彳g 一吸附吉布斯自由能變 k j m 0 1 彳s 一熵變 k j m o l k 1 4 2 吸附動(dòng)力學(xué) 1 4 2 1p s c u d o 一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程 p s e u d o 一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程主要用于短時(shí)間的吸附過程描述 即能較好的擬合物 理吸附過程 其線性方程為 l n g g f l n g 一白f 1 8 式中 幻一p s e u d o 一級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附速率常數(shù) m i n 一 吼一吸附平衡時(shí)刻的吸附容量 m g 吼一t 時(shí)刻的吸附容量 m g 以l n g 們對(duì)f 作圖 求出吸附速率常數(shù)白 用來(lái)判斷吸附速度快慢 1 4 2 2p s e u d o 二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程 p s e u d o 二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程可以推測(cè)整個(gè)吸附過程的情況 適合描述化學(xué)吸附過 程 其線性方程為 t q t i k 2 q 孑 t q eq 式中 幻一p s e u d o 二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附速率常數(shù) 咖g m i i l 以相 對(duì)f 作圖 求出吸附平衡濃度吼和吸附速率常數(shù)如 1 4 2 3 內(nèi)擴(kuò)散模型 上述兩種模型基本都考慮膜擴(kuò)散 內(nèi)擴(kuò)散和吸附反應(yīng)過程 吸附速率取決于 這其中一個(gè)步驟 5 5 挪 膜擴(kuò)散過程受振蕩影響 由于在實(shí)驗(yàn)過程中 保持恒定振蕩 速度 故可排除考慮 因此 吸附速率由內(nèi)擴(kuò)散和吸附反應(yīng)控制 固液吸附過程 中 弄清速度控制步驟對(duì)研究吸附具有實(shí)用價(jià)值嗽舶舯 內(nèi)擴(kuò)散模型 9 8 刪的線性方程 為 吼 坳1 7 2 c 1 1 0 第1 章緒論 式中 幻一擴(kuò)散速率常數(shù) m gm i n l 尼 c 一臨界層度 m g 以吼對(duì)f 1 陀作圖 求出擴(kuò)散速率常數(shù)幻和臨界層度c 1 5 微波 受其應(yīng)用 微波是頻率約在3 0 0 m h z 3 0 0 g h z 范圍內(nèi)的電磁波 微波技術(shù)因軍事工業(yè)而發(fā) 展起來(lái) 現(xiàn)越來(lái)越多地應(yīng)用于工農(nóng)生產(chǎn) 醫(yī)學(xué) 科學(xué)研究和日常生活中 1 5 1 微波加熱原理 微波作用是指在外加電磁場(chǎng)作用下 使內(nèi)部介質(zhì)極化產(chǎn)生的極化強(qiáng)度滯后于 電場(chǎng)變化 從而產(chǎn)生與電場(chǎng)同向的電流 使物質(zhì)內(nèi)耗 微波加熱特點(diǎn)是可在不同 深度同步加熱 即 體加熱作用 這種加熱方式使加熱更加迅速 均勻 從而大 大縮短了反應(yīng)時(shí)間 節(jié)約能耗 介質(zhì)在微波中加熱一般有兩種機(jī)理 離子傳導(dǎo)機(jī) 理和偶極矩機(jī)理 剛o i 1 離子傳導(dǎo)機(jī)理 可離解離子和含離子溶液在電磁場(chǎng)中發(fā)生導(dǎo)電移動(dòng) 形成電流 由于介質(zhì)阻 礙離子流而產(chǎn)生熱效應(yīng) 溶液中所有離子均由到點(diǎn)作用 其大小與介質(zhì)中離子的 濃度與遷移率有關(guān) 離子遷移產(chǎn)生的能量損失取決于離子大小 電荷量和導(dǎo)電性 并且還受到溶劑分子與離子間相互作用的影響 2 偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)理 介質(zhì)中由許多一端帶正電 一端帶負(fù)電的偶極子分子組成 在微波場(chǎng)中 介 質(zhì)分子偶極振動(dòng)與微波振動(dòng)頻率相似 極性分子取向會(huì)隨著電場(chǎng)方向改變而改變 當(dāng)電磁場(chǎng)的頻率交替改變時(shí) 介質(zhì)中的偶極子發(fā)生旋轉(zhuǎn) 振動(dòng)與快速擺動(dòng) 形成 位移電流 物體受到微波輻射 內(nèi)部分子在電磁波作用下產(chǎn)生高頻振蕩 分子熱 運(yùn)動(dòng)與鄰近分子間做相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生類似摩擦 振動(dòng) 擠壓和碰撞的作用 使物體 快速升溫 微波加熱是一個(gè) 內(nèi)加熱 過程 能同時(shí)直接作用于介質(zhì)分子 同時(shí)加熱整 個(gè)合成體系 從而減少了主產(chǎn)物的分解和副產(chǎn)物的生成 與油浴 水浴等傳統(tǒng)的 傳導(dǎo)式加熱相比 通過電磁場(chǎng)作用造成的介質(zhì)損耗引起的體積加熱更加快速 均 沈陽(yáng)理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 勻 利用微波作用發(fā)生的有機(jī)反應(yīng) 能改變其反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 降低活化能 微波加熱具有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 反應(yīng)時(shí)間短 節(jié)約能源 經(jīng)濟(jì)性好 操作簡(jiǎn)便 2 加熱快速均勻 產(chǎn)率高 純度高 3 無(wú)污染 安全可靠 4 加熱即時(shí)性 1 5 2 微波加熱原理 微波作用在介質(zhì)分子上時(shí) 導(dǎo)致了分子的轉(zhuǎn)動(dòng) 使分子內(nèi)能量提升到激發(fā)態(tài) 當(dāng)分子恢復(fù)到基態(tài)時(shí) 能量以熱能形式釋放出來(lái) 微波加熱部分取決于反應(yīng)物的 消耗系數(shù) t 鋤6 消耗系數(shù)是反應(yīng)物料的損失系數(shù) 6 與其介電常數(shù) r 3 r 2 r 4 即各個(gè)因素對(duì)硫脲改性殼 聚糖吸附量的影響程度大小依次為 戊二醛用量 硫脲與戊二醛反應(yīng)時(shí)間 硫脲與 戊二醛反應(yīng)溫度 與殼聚糖反應(yīng)溫度 其中戊二醛用量對(duì)合成的影響最大 由水平 效應(yīng)值可知 隨著戊二醛用量增加 吸附量減小 這是由于戊二醛是易于與