开题报告-壳聚糖纳米粒子吸附铜离子的性能研究

开题报告

高分子材料与工程

壳聚糖纳米粒子吸附铜离子的性能研究

一、选题的背景和意义

壳聚糖分子中含有羟基，乙酰基和氨基，这决定了壳聚糖可进行多功能基团的化学反应。作为自然界唯一带有阳离子的天然多糖，具有独特的生物性能，故在纳米载药、载基因体系中倍受青睐[7-8]。壳聚糖如此多的生物活性使它在医药和生物材料领域备受关注，正在作为一种新型的天然高分子材料应用于实践中。甲壳素和壳聚糖都可以形成分子内和分子间氢键。甲壳素分子内有-OH-和-CO-基团，分子链之间存在强烈的氢键，所以几乎不溶于水及一般的有机溶剂、稀酸、稀碱或浓碱。而壳聚糖分子内有-OH，-NH

2

，-O基团，也可以形成多种分子内氢键，但是与甲壳素不同的是其分子链的刚性和堆积密

度均小于甲壳素，所以其溶解性较甲壳素好。在稀酸中，壳聚糖的-NH

2被质子化为-NH

3

+，

破坏了原有的氢键和晶格结构，此时-OH与水分子结合，从而使壳聚糖溶解。壳聚糖为亲水性阳离子聚合物，在乙酸溶液中能产生聚电解质效应。在极稀的壳聚糖溶液中，壳聚糖的分子链充分伸直，类似刚性结构。甲壳素和壳聚糖是少数带正电荷的天然产物之一，具有许多独特的物理、化学性质和生物功能，又具有许多独特的生理活性，是一种非常有价值的新材料。

因CS本身所具有的特性，引起了人们的极大兴趣，在过去的30年中，其在农业、工业和医药领域中的应用发展迅速。在农业中，CS曾被用作一种抗病毒液添加到肥料中，帮助植物抵抗病毒侵害，以及作为重金属修复剂应用于农业和工业中。CS还曾作为一种化妆品添加剂和纺织品助染剂而广泛应用。在造纸的过程中也常加入CS作为加固剂。CS同时具有的生物活性、抗血凝成分和杀菌效果使其在外科手术中也有应用。。纳米粒子由于具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应而显示出独特的物理化学特性，近年来, 以CS 为原料制备的纳米粒子由于其在药物运输、基因治疗、污水处理等方面具有广泛的用途而备受关注, 成为当前的研究热点。在水处理方面，壳聚糖可用作吸附剂、絮凝剂、重金属离子螯合剂等。其最大优点是不会产生二次污染，目前最大用量是作为无毒的阳离子絮凝剂处理有机废水和螯合废水中的有毒金属离子。相信结合两者的特性制备壳聚糖纳米粒子来处理有机废水和螯合废水中的有毒金属离子也是一种新的探索。

二、研究目标与主要内容（含论文提纲）

采用离子交联法制备壳聚糖纳米粒子, 即利用壳聚糖与三聚磷酸钠(TPP)分子之间的阴、阳离子的静电作用而生成纳米粒子.

聚乙二醇(PEG)是一种被广泛应用的生物材料, 具有亲水性、柔韧性、电中性及可生物降解等特性.

配制壳聚糖醋酸溶液,再滴加多聚磷酸钠（TPP），TPP上的磷酸盐负离子和壳聚糖上的氨基正离子发生分子间或分子内交联而形成纳米离子。改变TPP的浓度来改变纳米粒子的尺寸。通过滴加不同量的TPP来改变纳米粒子的尺寸大小，以此来研究不同尺寸的纳米粒子对金属离子的吸附能力，再用DSC检测来分析吸附和未吸附纳米粒子表征。

论文提纲：

1.概述

2.壳聚糖的性质

3.壳聚糖的应用

4.生化方面

5.医疗保健

6.纤维领域

7.化妆品行业

8.纳米粒子

9.实验部分

10实验药品与仪器设备

11.制备壳聚糖的醋酸溶液的配置

12.壳聚糖纳米粒子的制备

13.纳米粒子和金属溶液混合液的制备

14.硫酸铜溶液吸光度的测定

15.混合液离心

16.红外光谱分析

17.热分析

18.结果与讨论

19.铜离子的吸附率

20.样品的红外光谱分析

21.样品的DSC热分析

22.结论

三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等

采用离子交联法制备壳聚糖纳米粒子, 即利用壳聚糖与三聚磷酸钠(TPP)分子之间的阴、阳离子的静电作用而生成纳米粒子.

聚乙二醇(PEG)是一种被广泛应用的生物材料, 具有亲水性、柔韧性、电中性及可生物降解等特性.

配制壳聚糖醋酸溶液,再滴加多聚磷酸钠（TPP），TPP上的磷酸盐负离子和壳聚糖上的氨基正离子发生分子间或分子内交联而形成纳米离子。改变TPP的浓度来改变纳米粒子的尺寸。通过滴加不同量的TPP来改变纳米粒子的尺寸大小，以此来研究不同尺寸的纳米粒子对金属离子的吸附能力，再用DSC检测来分析吸附和未吸附纳米粒子表征。

壳聚糖醋酸溶液的配制

由于壳聚糖不容于水，所以用冰醋酸加以溶解。配制不同浓度的壳聚糖醋酸溶液，温度室温，搅拌4小时。反应液在室温下继续搅拌反应24h，反应结束后用1N NaOH溶液调制pH=9，反应液在透析袋中用乙醇透析5天，最后分别得产物LAC。

纳米粒子的制备

在壳聚糖醋酸溶液中，将0.8mL三聚磷酸钠（TPP）溶液（浓度分别是1.0，2.0，3.0，4.0，6.0 mg/mL）加入到上述10mL的壳聚糖，按照TPP用量的多少不同，可以依次出现三种不同的溶液，分别是澄清溶液、带蓝色荧光的乳浊液和沉淀。其中带蓝色荧光的乳浊液就是形成的纳米溶液。

壳聚糖纳米粒子和金属溶液的混合液的制备

在不同尺寸大小的纳米粒子溶液中，加入相同量的金属溶液，磁力搅拌3小时。

混合液离心

将不同的混合液装样，进行离心

DSC分析

差示扫描量热分析（DSC）采用的是Perkin-Elmer PYRIS I型差示扫描量热仪。精确称取2-7mg的样品，放入特制的铝锅中，封好口，N2保护下，升温速率为20℃/min，

N2不断的更换（20ml/min）。对吸附金属离子的纳米粒子做一次表征。

四、参考文献

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[10] 何强芳 ,李国明 ,巫海珍.应用化学 [ J ] ,2004, 21 (2) : 192

五、研究的整体方案与工作进度安排

第一阶段：2010.11.25~2010.12.5实验的准备。

第二阶段：2010.12.6~2011.1.10实验逐步展开。

第三阶段：2011.1.11~2011.1.28实验进入中后期,主要是样品的表征。

第四阶段：2011.1.21~2011.2.27实验进入完成阶段,主要是分析处理数据。

第五阶段：2011.2.28~2011.4.23论文修改和定稿。

六、研究的主要特点及创新点

探索壳聚糖纳米粒子吸附铜离子的吸附性能