微波法制备羧甲基壳聚糖及其在水处理中的应用.pdf

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微波法制备羧甲基壳聚糖及其在水处理中的应用高分子材料科学与工程郝红英，徐文国，邵自强然氨基多糖，其结构单元为壳二糖，也可看成是氨基葡萄糖缩合而成，在整个大分子链上有较高密度的分子内和分子间氢键，这种二级结构使之不溶于水，其应用范围受到极大的限制。羧甲基壳聚糖(CMC)是壳聚糖经羧甲基化后的有良好的溶解性，且具有成膜、增稠、保湿、絮凝和螯合等性能，在环保、食品、医学、化学工业领域有广阔的应用前景。近几年来，CMC在印染工业、重金属工业及废水处理中的应用研究也合成CMC传统加热方式为水浴或油浴，为了快速制备取代度适当的产物，本研究采用微波法加热技术合成CMC，并对不同取代度的1．1原料及仪器壳聚糖：自制，脱乙酰度87％，所用的甲壳素原料由青岛海阳有限公司提供，80乙酸、异丙醇、氢氧化钠、乙醇、冰醋酸等化学试剂均为分析纯。光栅分光光度计；哈纳科技公司HANNAH198128型酸度计。g壳聚糖，置于250取代度(DS)的测试采用电位滴定法，但同时考虑原料的脱乙酰度大小，见文献E3]：式中：△V=(V2一V1)CN。oH／m，(yz—V1)——NaOH所消耗的体积，mI。；CNaol{——NaOH的浓度，mol／I，；埘——CMC的质量；常数c——氨基萄糖单元的摩尔质量，与取代度的关系式溶液，快速搅拌5POI。YMERMATERIALS壳聚糖是由甲壳素脱乙酰后得到的一种天产物，属无二次污染的环境友好性材料，在水中有着长足的进展E1．z]。产物的絮凝性能进行研究。1实验部分mesh；氯改装格兰仕微波炉；重庆仪器九厂722型CMC的合成称取1mI。锥形瓶中，加30mI，异丙醇溶胀1h，分2次滴加50％的NaOH溶液，搅拌1h。称取一定量的氯乙酸溶于异丙醇中，在搅拌的情况下，将氯乙酸的异丙醇溶液分4次加入锥形瓶。低火间歇加热20min。冷却后过滤，固体加水溶解，用冰醋酸调pH，滤去不溶物，用乙醇沉析。过滤，用80％乙醇洗涤固体，真空干燥。1．3取代度的测定为：C=203×(1～B％)十161×B％。1．4絮凝实验在硅藻土模拟水样中加入适量的1％CMCrain，慢速搅拌3rain，然后静置10rain，再取上清液测透光率。1．5脱色实验在最佳条件下，用CMC絮凝剂对染料废第22卷第2期2006年3月SCIENCEANDENGINEERINGMar．2006摘要：采用微波辐射技术、多次醚化工艺改性壳聚糖，合成了水溶性良好的羧甲基壳聚糖。讨论了原水pH值、产品用量对其絮凝性能及产品用量对其脱色性能的影响。结果表明，微波法合成羧甲基壳聚糖工艺简单，大大缩短了反应时间，产物具有良好的絮凝表脱色效果。关键词：壳聚糖；羧甲基壳聚糖；微波辐射；水处理中图分类号：0636．1文献标识码：A文章编号：1000—7555(2006)02—0223—04DS=CXAV(1—58△V)Vol。22，NO．2(北京理工大学理学院，北京100081)1．2收稿日期：2005—01—04；修订日期：2005—05一03联系人简介：郝红英(1967一)．女．博士，副教授，E—mail：[e-mail]
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。Ia^c"R∞HClCHzCOOH+2NaOH——，针对醚化剂加料方拭对产物取代度有一定水进行絮凝实验，测定上清液的吸光度，计算脱色率。脱色率计算公式如下：脱色率一(A。一A)／A。式中：A。——未经处理水样的吸光度值；A——经脱色处理后水样的吸光度值。2结果与讨论从结构上看，CMC的合成过程主反应为：羟基、C2位的氨基羧甲基化外，有部分要被碱消耗，降低反应效率。与传统加热方式相比，微波加热属于“体加热”，直接作用于介质分子，得理论上，C6位上羟基、C2位的氨基均可发kJ／tool[5]，故前者稳定。综合取代CMC红外光谱见Fig．1。CMC红外光谱cm叫伯胺的吸收峰消失，表明在一NH。上发生了羧甲基化，证实结果表明，碱用量增大时，取代度总趋势是增大的，但会对后处理和壳聚糖大分子降解有段，取代度是随着氯乙酸用量提高而增加，但超过一定的值，其取代度反而降低，其原因是过量氯乙酸增大碱消耗，加剧了副反应，醚化效率降低。实验表明，当壳聚糖：氯乙酸：碱达到1：2：4(摩尔比)时反应效果最佳；微波反应时间不宜过长，否则局部过热使其它反应增强，如分子链断裂，副反应增强干扰主反应，本实验控制度明显提高。当醚化次数达4次，取代度增加就围内絮凝效果较好，碱性范围效果不明显。Zeta其中，R=H或CH。COOH，而副反应为：从反应机理推测，氯乙酸除用于C6位上到的产品具有较大的比表面积[4]，故吸附及絮凝性能优越。2．1红外光谱分析生亲核取代反应，但由于C6位上羟基空间位阻较小，其活性要比C2位的氨基活泼，氧的电负性又比氮大，故C6位上的羟基亲核性要比氨基