论文开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目交联壳聚糖磁性微球的制备及吸附性

能研究

专业名称应用化学

班级学号08021102

学生姓名姚斌

指导教师舒红英

填表日期年月日

1、选题依据及课题意义

壳聚糖作为一种聚氨基葡萄糖线型天然高分子物质, 具有无毒、无味、耐碱、耐腐蚀、对环境友好等特点, 在废水处理领域具有广阔的应用前景[1]。但是它有它的不足，在吸附性能上还有待提高，所以通过改性等方法提高它的吸附性能。本实验通过制备出磁性交联壳聚糖（MCG）微球和磁性交联壳聚糖分子印迹聚合物，然后将其对重金属离子吸附能力的比较来研究他们的吸附性能。

磁性交联壳聚糖微球比单独的壳聚糖有更多的优点，第一，提高了它的稳定性和机械强度；第二，使它易于与介质分离，利于广泛应用于医药、食品、化工等领域[2]。

分子印迹技术(MIT)是指制备对某一特定的目标分子(模板分子、印迹分子或烙印分子)具有特异选择性的聚合物的过程。洗去目标分子以后，能在分子印迹聚合物(MIPs)中留下在形状、大小以及识别位点都与目标分子相匹配的空穴，该空穴能重新识别目标分子。本实验就将利用该技术来研究分子印迹聚合物对重金属离子的吸附性能[3]。磁性交联壳聚糖分子印迹聚合物是在磁性交联壳聚糖地基础上做了进一步的改进。它保留了它原来的基本特性，同时通过分子印迹技术提高了它的吸附性能，至于吸附性能有多大，这就是本实验要研究的问题。

2、研究概况及发展趋势

壳聚糖由于分子中存在经基、氨基和其他基团,可借氢键也可借盐键形成具有类似网状结构的笼形分子, 可对许多金属离子进行鳌合, 因此能有效地吸附溶液中的重金

属离子。试验证明, 壳聚糖不吸附天然水中的K+Na+Ca2+Mg2+Cl-等离子, 不影响天然水的本底浓度。近年来的研究发现, 壳聚糖对Cu2+ Cd2+ Zn2+ Ni2+ Ag+ Hg2+ Bi3+ Pb2+有很强的吸附能力, 是废水处理的理想材料。〕综述了我国近几年来壳聚糖处理含重金属离子废水的研究进展。壳聚糖及其改性产品的吸附性能主要体现在对各种金属离子的吸附上, 为了有选择性地吸附某种或某些金属离子, 人们通过修饰、交联、接枝以及本实验要研究的分子印迹等方法对壳聚糖进行了各种改性研究[4]。

2.1 壳聚糖及其在分析化学中的应用

环境化学与分析化学之间密切相关,许多成果互相渗透。CTs 可用于发醇液中作絮凝剂,对蛋白质、菌丝有极强的絮凝作用, 对CODCr 的除率达85 %以上。电镀废水中除镉时,当镉( Ⅱ) 的浓度为20～40mg·L - 1 ,镉( Ⅱ) 的除率达99. 9 %。用脱乙酰度85 %的CTs 处理染色废水,可使CODCr下降80 %～90 %且色度降低明显,此外还用于氧化

池废水处理及作为分离藻类物质等[5]。

2.2 壳聚糖对电镀废水中Cr(Ⅵ)处理

目前治理Cr(Ⅵ)的主要方法有电解还原法、化学沉淀法、离子交换法、反渗透和电渗透法,这些方法或因处理费用高或因易产生二次污染等原因而难以较好应用. 使用壳聚糖吸附处理废水, 具有成本低廉、原料丰富、不易造成二次污染等优点, 是一种很有前途的水处理方法. 壳聚糖(CTS)是甲壳素脱乙酰基的产物, 其分子内含有羟、氨基等多种活性官能团,使它具有较强的与金属离子配位的能力, 可作为废水处理的吸附剂. 壳聚糖作为吸附材料对重金属离子的吸附已有报道. 但用来附对以Cr2O42- Cr2O72-形式存在的Cr(Ⅵ)的报道及文献资料尚不多见,而壳聚糖衍生物对Cr(Ⅵ)的吸附报道更是少见,由于壳聚糖分子中含有游离氨基, 可接受质子成盐, 故溶解于酸性溶液里, 使其应用受到限制. 本文用环氧氯丙烷对壳聚糖进行交联改性, 制备出不溶于水酸碱的交联壳聚糖(CTS)，通过对铬Cr(Ⅵ)离子废水的吸附试验，探讨了吸附行为的最佳条件及(CTS)吸附Cr(Ⅵ)离子后的解吸和再生利用，为应用于废水处理做出依据[6]。

2.3 壳聚糖分子印迹传感器的制备

将预处理过的金电极浸入含有一定量的模板分子(啶虫脒／对硫磷)及CTS的溶液。在一1．1V(vs．SCE，下同)下恒电位沉积一定时间，使模板分子、壳聚糖聚合并沉积至金电极表面。将印迹膜电极在+0．6V 电位下于0．01mol／L KC1溶液中恒电位处理15 mm，以洗脱模板分子，再用二次蒸馏水淋洗，制成保留有模板分子构型空穴的分子印迹高分子膜[7]。

2.4 Pb2+模板交联巯基壳聚糖分子印迹聚合物的合成

通过巯基壳聚糖对重金属离子吸附性能研究表明，虽然巯基壳聚糖对Pb2+具有良好的螯合能力，但吸附选择性仍不够理想。因此，利用分子印迹技术合成具有特定选择性和亲合性的分子识别材料-Pb2+交联巯基壳聚糖分子印迹聚合物能在原来的基础上提高

它的吸附性能。以巯基壳聚糖为功能单体，Pb2+为模板分子．利用巯基壳聚糖和Pb2+发生可逆性结合，形成巯基壳聚糖一铅络合物，再加入交联剂戊二醛进行聚合反应．使形

成交联聚合物将模板分子Pb 2+

包围起来，也使功能基团的空间排列和伸展方向固定下

来．然后以硫酸为洗脱剂将模板分子Pb2+除去，聚合物中就形成了与模板分子Pb2+空间匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴对模板分子Pb2+具有专一识别作用，这样

使它的吸附性能更好[8]。

3、研究内容及实验方案

3.1 研究内容

首先，制备磁性交联壳聚糖微球和磁性交联壳聚糖分子印迹聚合物。然后分别研究它们对重金属离子的吸附性能以及外界条件对其吸附性能的影响，最后通过比较这两种方法来说明这两种吸附剂对重金属离子的吸附性能的高低。

3.2 方案

仪器：

试剂：

3.2.1 磁性交联壳聚糖分子印迹聚合物的制备

将一定量的磁性四氧化三体粉末和重金属离子如Cd(Ⅱ)（目标分子）加入到3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPS)水溶液中进行充分反应。将一定量的正硅酸乙酯(TEOS)甲醇溶液（100mg/ml交联剂）逐滴加入到混合溶液中。室温下反应24小时。反应结束后用永性磁铁分离产物，并用乙醇和水反复洗涤以除去表面活性剂和没有包裹的3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPS)。将制备的物质用乙醇/甲醇（体积比为1/9）浸泡24小时洗脱，最后用去离子水洗到溶液中检查不到Cd（Ⅱ），过滤后在40℃下真空干燥，得目标物质[9]。

3.2.2 磁流体及磁性交联壳聚糖的制备

共沉淀法：该法为目前最普遍使用的方法，其反应基本原理为：Fe2++ 2Fe3++ 8OH-= Fe3O4 + 4H2O通常是把 Fe2+和Fe3+的硫酸盐或氯化物溶液以1/2，更多的是2/3 的比例混合后，用过量的氨水或 NaOH 溶液在一定温度(55～60℃)和pH 下，高速搅拌进行沉淀反应，制得8～10nm 的Fe3O4微粒，然后将Fe3O4粒子加入到含表面活性剂(如油酸)的载液中加热或煮沸，这样 Fe3O4表面就会吸附油酸，从水相转入载液中，分离后即可得到磁流体，此法制得的磁流体微粒细小、均匀、饱和磁化强度高，但此法对操作条件的控制要求非常苛刻。

将自制的磁流体加入到烧瓶后，通过滴液漏斗加入一定量的0．5％的壳聚糖HC1溶液，再加入一定量50％戊二醛溶液，加热回流2 h，分离、洗涤、真空干燥。得黑色粉

末MCG。

3.2.3 稀土离子溶液的配制

准确称取一定量的Ce203，用稀硝酸溶解，然后定容。

3.2.4 初始离子浓度对吸附性能的影响

分别配制5—100 g／mL的一系列Ce3+离子的溶液，各加入20 mg MCG，调节pH值6．5