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1、1 内江师范学院化学化工学院 毕 业 论 文 论文题目 新型羧甲基葡甘聚糖凝胶球对没食子酸的吸附 学生班级 2010 级 1 班 专业 化 学 学生姓名 林丽 学号 20100441038 指导教师 卓莉 职称 副教授 论文提交日期 2014 年 5 月 10 日 论文答辩日期 2014 年 5 月 18 日 论文评阅人 答辩小组长 2014 年 5 月制 内江师范学院毕业论文 设计 1 目 录 中英文摘要 2 1 前言 3 2 实验材料 4 3 实验方法 4 3 1 羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球的制备 4 3 2 羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球机械强度的测定 5 3 3 吸附性能的测试 5 4 结果与讨论
2、 5 4 1 羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球的机械强度 5 4 2 影响吸附的因素 5 5 结论 10 参考文献 11 声明 12 致谢 13 内江师范学院毕业论文 设计 2 新型羧甲基葡甘聚糖凝胶球对没食子酸的吸附 林丽 内江师范学院 化学化工学院 四川 内江 641112 摘 要 用 ZrOCl2交联羧甲基葡甘聚糖制得新型吸附剂 羧甲基葡甘聚糖锆凝 胶球 CMKGM ZrOCl2 研究了羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球对没食子酸的吸附性能 分 别考察了 ZrOCl2浓度 羧甲基葡甘聚糖浓度 吸附时间 温度和没食子酸浓度 pH 值 对没食子酸吸附性能的影响 结果表明 在温度为 313K 时 吸附时间为 9h
3、溶液 pH 为 4 00 羧甲基葡甘聚糖浓度为 2 0 ZrOCl2质量分数为 2 0 没食子酸浓度为 150mg L 时 吸附量为最高为 132 13mg g 同时表明 随着温度的升高吸附量上升 该 体系可能为吸热反应 关键词 葡甘聚糖 羧甲基化 锆凝胶球 没食子酸 吸附 Adsorption of Gallic acid by a New Carboxymethyl Glucan mannan Chitosan Gel Balls LIN Li College of Chemistry and Chemical Engineering Neijiang Normal University
4、Neijiang Sichuan 641112 China Abstract Zirconium carboxyl methyl konjac glucomannan gel microsphereswere prepared by crosslinking ZrOCl2 On this basis the adsorption capacity of CMKGM Zr for gallic acid was studied Several parameters inclunding the ZrOCl2 concentration carboxymethyl glucan mannan ch
5、itosan concentration adsorption time temperature and concentration of gallic acid and gallic acid pH value wer investigated The results showed that the temperature was 313k the adsorption time was about 9 h solution pH value was 4 00 the concentration of carboxymethyl glucan mannan chitosan was 2 0
6、ZrOCl2 mass fraction was 2 0 the concentration of gallic acid was 150 mg L adsorption capacity of up to 132 13 mg g The results also suggested that adsorption increased with the temperature rising the system may be endothermic reaction Key words Konjac Glucomannan KGM Carboxyl methyl Zirconium gel b
7、all Gallic acid Adsorption 内江师范学院毕业论文 设计 3 新型羧甲基葡甘聚糖凝胶球对没食子酸的吸附 林丽 内江师范学院 化学化工学院 四川 内江 641112 1 前言 没食子酸 Gallic acid 简称 GA 亦称五倍子酸或棓酸 是植酸类物质 广泛存 在于自然界中 可见于五倍子 漆树 茶等植物中 1 2 是水中溶解性有机物 Dissolved natural organic matter DOM 的重要组分 在饮用水氯消毒过程中氯气可以 与天然有机酸反应生成多卤代烃 对人体有 致癌 致畸 致突变 等的作用 3 4 同 时没食子酸也是食品加工 医药生产过程中所用
8、到的重要原料 含没食子酸废水排入到 环境中会导致水体 COD 升高 由此可见没食子酸也会带来一系列的水生态环境问题 目前主要有膜滤法 强化絮凝法和活性炭吸附法等方法用于去除水体中溶解性有机 物 5 7 但因为超滤膜只能去除 DOM 中高分子量组分 而对于某些亲水性小分子有机 物去除效果却较差 且天然有机酸造成膜污染问题没有根本解决 絮凝法虽然对 DOM 中高分子量组分 分子量 50000Da 去除效果较好 但对低分子量 高水溶性有机物去除 率低 所使用铝系 聚丙烯酰胺类絮凝剂的安全性也受到质疑 活性炭吸附作为饮用水 处理中的重要技术虽然已经得到应用 但存在着对大分子和亲水性小分子 DOM 去除
9、率 低 不易再生等缺陷 因此 寻求高效吸附剂用于去除水体中高水溶性天然有机酸具有 重要的理论价值和现实意义 研究发现 天然多糖具有可降解 可再生以及能通过物理及化学反应与大多数金属 离子结合等特点 很多国内外的研究者将研究目标转向开发天然多糖吸附剂上 葡萄糖 甘露聚糖 简称葡甘聚糖 Konjac Glucomannan 简称 KGM 是一种天然多糖 它是 由众多的葡萄糖和甘露糖以 1 4 糖苷健连接起来的线性高分子化合物 KGM 的这种 独特的结构使之具有独特的物理化学性质 故国内外研究者已经将它广泛应用于食品 保健 医疗 化工等行业 但天然魔芋葡甘聚糖的吸水性强 在水中的粘度大 溶胀度 高
10、8 其水溶胶的稳定性差 9 且对温度 pH 值敏感等缺点限制了葡甘聚糖的应用 现研究者尝试通过一定的方法 如酯化 醚化 羧甲基化 交联及甲基化等 对其进行 改性处理 使得最终能改善 KGM 的性能 扩大其应用领域 已有研究者通过共价交联的方式将具有邻苯三酚结构 能与金属离子形成稳定络合 物的植物多酚接枝固化在葡甘聚糖上 制备出了可生物降解 对重金属离子具备高吸附 容量的功能吸附材料来吸附溶液中的 Zn2 Hg2 Pb2 Cu2 Fe3 等金属离子 10 也 有利用交联魔芋葡甘聚糖固化单宁微球对钪离子的吸附的报道 11 还有将魔芋葡甘聚糖 内江师范学院毕业论文 设计 4 羧甲基化改性后吸附水体中
11、铅等重金属离子的研究 12 除此之外 也有报道过丙烯酸酯 基吸附树脂对水体中单宁酸和没食子酸的吸附研究 13 但研究利用锆交联葡甘聚糖凝胶 做吸附材料吸附没食子酸的报道还很少 本文首先将魔芋葡甘聚糖 KGM 羧甲基化制得羧甲基葡甘聚糖 CMKGM 再 用氧氯化锆交联羧甲基葡甘聚糖制得性能优良的羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球 CMKGM ZrOCl2 然后研究了凝胶球 CMKGM ZrOCl2 对没食子酸的吸附性能 分别考察了 ZrOCl2浓度 CMKGM 浓度 吸附时间 温度 没食子酸质量浓度 pH 值等因素对吸 附的影响 以拓宽魔芋葡甘聚糖的应用领域 为没食子酸等水中溶解有机物的吸附分离 提供基础数
12、据 2 实验材料 材料和试剂 氢氧化钠 盐酸 无水乙醇 魔芋葡甘聚糖 成都协力公司含量 98 粘均分子量为 220kD 氯乙酸 浓硝酸 氧氯化锆 没食子酸 试剂均为分析纯 水为 去离子水 自制 仪器 T6 新世纪紫外可见分光光度计 pHS 3C 精密 pH 计 上海精密仪器厂 DZF 6090 真空干燥箱 上海精宏实验设备有限公司 HZS HA 型水浴震荡器 哈尔滨东 联六厂 烧杯 锥形瓶 移液管 恒温水浴磁力搅拌器 酸式滴定管 石英比色皿 3 实验方法 3 1 羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球的制备 3 1 1 羧甲基葡甘聚糖的制备 参考汪超 14 等的方法制备羧甲基葡甘聚糖 向 1000mL 烧杯中
13、加入 250mL80 的乙 醇溶液 然后在恒温磁力搅拌器中匀速搅拌下加入 80gKGM 后再加入 47g 氯乙酸于 200C 下搅拌 2 小时 将温度升高到 550C 加入 15mL80 乙醇溶液 再加入 NaOH40g 持续搅拌反应 3h 稍微冷却 用 80 乙醇溶液反复洗涤至滤液中无氯离子且呈中性 用无水乙醇浸泡冷冻 12 小时左右 抽滤 在 600C 下真空干燥 3 4 小时 将羧甲基葡甘 聚糖研磨细并用分样筛分样保存 3 1 2 羧甲基葡甘聚糖醚化度的测定 参照张小菊 15 等的实验方法 测得本文羧甲基葡甘聚糖的醚化度为 0 74 3 1 3 凝胶球的制备 配置一定浓度的羧甲基葡甘聚糖
14、溶液 用一定孔径的注射器吸取一定量的 CMKGM 注入到 ZrOCl2溶液中 控制 ZrOCl2溶液的质量分数 固化 12h 后过滤 反复水洗后 于去离子水中脱水 3h 即制得 CMKGM 锆凝胶球吸附材料 过滤后装入干燥锥形瓶中 待用 内江师范学院毕业论文 设计 5 3 2 羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球机械强度的测定 将凝胶球放置在两块载玻片之间 在凝胶球上面的载玻片上加固体重物 直至小球 被压碎 然后称取重物的质量 以重物的质量表示凝胶球的强度 并用粒径相近的凝胶 球平行测定 3 次 16 3 3 吸附性能的测试 没食子酸的含量用紫外分光光度法测定 17 实验表明在没食子酸浓度 0 12mg L
15、 范 围内 线性方程为 A 0 08903C 0 00706 相关系数 r 0 9996 将制备好的羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球置于干燥的锥形瓶中 向其中加入一定浓度的 没食子酸标准溶液 50mL 每组做平行实验 3 份 并用去离子水做试剂空白 在设定的 温度下 以转速为 150r min 在水浴振荡器中振荡吸附一定时间 然后取吸附残液经稀释 后用紫外分光光度法在 270nm 处测定没食子酸标准溶液余液的浓度 以吸附前后溶液 中没食子酸浓度差计算吸附量 用 mg g 表示 相对于吸附剂 计算公式见 1 式 qe c0 ce V m 1 式中 qe是平衡吸附量 mg g c0和 ce分别是溶液初始浓度
16、和平衡浓度 mg L V 是溶 液体积 L m 是羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球质量 g 4 结果与讨论 4 1 锆凝胶球的机械强度 分别用 1 0 1 5 2 0 2 5 和 3 0 的 CMKGM 溶液与 2 0 的 ZrOCl2溶液反 应制备一系列羧甲基葡甘聚糖锆凝胶球 按实验方法 3 2 测定凝胶球的机械强度 每个 凝胶球承担重物质量依次分别为 13 454g 20 590g 28 327g 39 377g 和 50 022g 表明 凝胶球的强度随 CMKGM 溶液的质量分数的增大而增加 4 2 影响吸附的因素 4 2 1 氧氯化锆质量分数和 CMKGM 质量分数对吸附的影响 固定 CMKGM 的质量分数为 2 0 分别利用质量百分浓度为 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 的 ZrOCl2溶液与 CMKGM 反应制备凝胶球 在 298K 下 没 食子酸质量浓度为 150 mg L 按实验方法 3 3 震荡吸附 考察制备凝胶球时所用氧氯 化锆的质量百分浓度对吸附量的影响 其中所对应的吸附量分别为 9 34mg g 67 31mg g 73 93mg g 32 37mg g 25 1
