陽(yáng)離子淀粉染料吸附材料的制備及表征
發(fā)布時(shí)間：2020-03-08 22:58
【摘要】：以玉米淀粉為原料,以3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(CHPTMAC)為陽(yáng)離子醚化劑,以Na OH為催化劑,制備了天然高分子多糖基染料吸附劑陽(yáng)離子淀粉(CS),用于對(duì)活性染料的吸附。對(duì)醚化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并考察了反應(yīng)條件對(duì)CS取代度(DS)及反應(yīng)效率(RE)的影響。采用RAM、XRD、SEM對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征。吸附實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)DS為0.12,染料溶液pH為8時(shí),CS對(duì)活性紅195、活性金黃K-2RA的吸附量分別為21.0和20.4 mg·g-1,去除率可達(dá)84.1%和81.6%,好于無(wú)機(jī)吸附材料活性炭。還進(jìn)行了CS染料吸附材料的再生實(shí)驗(yàn),4次再生后仍有較高的吸附量,表明CS染料吸附材料具有較強(qiáng)的可再生性能,可循環(huán)使用。該天然基染料吸附劑CS有望成為無(wú)機(jī)吸附劑及合成樹(shù)脂吸附劑的理想替代品,用于工業(yè)染料廢水的處理中。
【圖文】：
夥?光光度計(jì)測(cè)試染料溶液剩余濃度，并計(jì)算出樣品對(duì)兩種染料的吸附量（Q）和去除率（E）。計(jì)算式[25]如下01CCVQw(4)010100%CCEC(5)1.5.3CS吸附染料材料的循環(huán)再生性能將使用后的吸附劑，加入含10%NaCl與0.2%NaOH的堿性鹽溶液，25℃進(jìn)行第1次振蕩，30min后取出，離心取離心物，加入鹽堿溶液進(jìn)行第2次振蕩，離心后將離心物水洗至中性，經(jīng)干燥后用于再吸附，以考察CS吸附材料的可再生及重復(fù)使用性能（再生實(shí)驗(yàn)采用pH為8的染料溶液）。2結(jié)果與討論2.1反應(yīng)原理（1）醚化劑的合成。如圖1所示，原理為鹵代烷的親核取代反應(yīng)。三甲胺中的氮原子帶有孤對(duì)電子，作為親核試劑對(duì)環(huán)氧氯丙烷中與鹵素連接的圖1醚化劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的制備原理Fig.1PrincipleofsynthesisofetherifyingagentCHPTMAC碳原子進(jìn)行親核進(jìn)攻，生成季銨基，得到環(huán)氧羥丙基三甲基氯化銨（GTA）1。隨后環(huán)氧基受到酸的作用發(fā)生開(kāi)環(huán)，得到醚化劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨（CHPTMAC）2。（2）醚化反應(yīng)與CS的生成。圖2為CS染料吸附材料的合成原理。首先醚化劑CHPTMAC2在堿性環(huán)境中經(jīng)β-鹵醇消除反應(yīng)重新生成GTA1。與此同時(shí)，淀粉中的羥基受堿作用生成氧負(fù)離子3，氧負(fù)離子作為親核試劑對(duì)GTA1的環(huán)氧基進(jìn)行親核進(jìn)攻，環(huán)氧鍵斷裂并生成醚鍵，從而將陽(yáng)離子基團(tuán)引入淀粉大分子上，生成CS4。該反應(yīng)按Sn2機(jī)理進(jìn)行。（3）副反應(yīng)與醚化劑的水解。受堿的作用，醚化劑CHPTMAC水解生成2，3-二羥丙基三甲基氯化銨5，從而失去反應(yīng)性，導(dǎo)致產(chǎn)物取代度與產(chǎn)率降低。2.2反應(yīng)條件優(yōu)化2.2.1反應(yīng)溶劑對(duì)取代度的影響取代度隨反應(yīng)體系中水質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化如圖3所示。可以看出，隨著溶劑中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，DS先增大后減校由于醚化劑CHPTMAC
第5期王建坤等：陽(yáng)離子淀粉染料吸附材料的制備及表征·2115·圖3水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)醚化反應(yīng)的影響Fig.3Effectsofwatercontentonetherifyingreaction率下降。綜合考慮DS和RE，選擇CHPTMAC/AGU摩爾比0.286，既能獲得較高的DS，，同時(shí)RE也相對(duì)較高。2.2.3NaOH用量對(duì)取代度的影響溶劑中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%，保持其他條件不變，NaOH與淀粉葡萄糖殘基AGU的摩爾比對(duì)CS吸附劑的DS影響圖4醚化劑對(duì)醚化反應(yīng)的影響Fig.4Effectsofetherifyingagentonetherifyingreaction如圖5所示。可以看出，隨著摩爾比的增加，DS先增大后減小，當(dāng)摩爾比為0.4時(shí)，DS達(dá)到最大。由反應(yīng)機(jī)理可知，本醚化反應(yīng)為雙分子親核取代反應(yīng)，按照Sn2機(jī)理進(jìn)行。淀粉大分子中的羥基受堿作用生成氧負(fù)離子，氧負(fù)離子作為親核試劑對(duì)醚化劑CHPTMAC的環(huán)氧基進(jìn)親核進(jìn)攻，生成醚鍵，得圖2CS染料吸附材料的合成原理Fig.2Principleofsynthesisofcationicstarchdyeadsorbingmaterial
本文編號(hào)：2585659
【圖文】：
夥?光光度計(jì)測(cè)試染料溶液剩余濃度，并計(jì)算出樣品對(duì)兩種染料的吸附量（Q）和去除率（E）。計(jì)算式[25]如下01CCVQw(4)010100%CCEC(5)1.5.3CS吸附染料材料的循環(huán)再生性能將使用后的吸附劑，加入含10%NaCl與0.2%NaOH的堿性鹽溶液，25℃進(jìn)行第1次振蕩，30min后取出，離心取離心物，加入鹽堿溶液進(jìn)行第2次振蕩，離心后將離心物水洗至中性，經(jīng)干燥后用于再吸附，以考察CS吸附材料的可再生及重復(fù)使用性能（再生實(shí)驗(yàn)采用pH為8的染料溶液）。2結(jié)果與討論2.1反應(yīng)原理（1）醚化劑的合成。如圖1所示，原理為鹵代烷的親核取代反應(yīng)。三甲胺中的氮原子帶有孤對(duì)電子，作為親核試劑對(duì)環(huán)氧氯丙烷中與鹵素連接的圖1醚化劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的制備原理Fig.1PrincipleofsynthesisofetherifyingagentCHPTMAC碳原子進(jìn)行親核進(jìn)攻，生成季銨基，得到環(huán)氧羥丙基三甲基氯化銨（GTA）1。隨后環(huán)氧基受到酸的作用發(fā)生開(kāi)環(huán)，得到醚化劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨（CHPTMAC）2。（2）醚化反應(yīng)與CS的生成。圖2為CS染料吸附材料的合成原理。首先醚化劑CHPTMAC2在堿性環(huán)境中經(jīng)β-鹵醇消除反應(yīng)重新生成GTA1。與此同時(shí)，淀粉中的羥基受堿作用生成氧負(fù)離子3，氧負(fù)離子作為親核試劑對(duì)GTA1的環(huán)氧基進(jìn)行親核進(jìn)攻，環(huán)氧鍵斷裂并生成醚鍵，從而將陽(yáng)離子基團(tuán)引入淀粉大分子上，生成CS4。該反應(yīng)按Sn2機(jī)理進(jìn)行。（3）副反應(yīng)與醚化劑的水解。受堿的作用，醚化劑CHPTMAC水解生成2，3-二羥丙基三甲基氯化銨5，從而失去反應(yīng)性，導(dǎo)致產(chǎn)物取代度與產(chǎn)率降低。2.2反應(yīng)條件優(yōu)化2.2.1反應(yīng)溶劑對(duì)取代度的影響取代度隨反應(yīng)體系中水質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化如圖3所示。可以看出，隨著溶劑中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，DS先增大后減校由于醚化劑CHPTMAC
第5期王建坤等：陽(yáng)離子淀粉染料吸附材料的制備及表征·2115·圖3水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)醚化反應(yīng)的影響Fig.3Effectsofwatercontentonetherifyingreaction率下降。綜合考慮DS和RE，選擇CHPTMAC/AGU摩爾比0.286，既能獲得較高的DS，，同時(shí)RE也相對(duì)較高。2.2.3NaOH用量對(duì)取代度的影響溶劑中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%，保持其他條件不變，NaOH與淀粉葡萄糖殘基AGU的摩爾比對(duì)CS吸附劑的DS影響圖4醚化劑對(duì)醚化反應(yīng)的影響Fig.4Effectsofetherifyingagentonetherifyingreaction如圖5所示。可以看出，隨著摩爾比的增加，DS先增大后減小，當(dāng)摩爾比為0.4時(shí)，DS達(dá)到最大。由反應(yīng)機(jī)理可知，本醚化反應(yīng)為雙分子親核取代反應(yīng)，按照Sn2機(jī)理進(jìn)行。淀粉大分子中的羥基受堿作用生成氧負(fù)離子，氧負(fù)離子作為親核試劑對(duì)醚化劑CHPTMAC的環(huán)氧基進(jìn)親核進(jìn)攻，生成醚鍵，得圖2CS染料吸附材料的合成原理Fig.2Principleofsynthesisofcationicstarchdyeadsorbingmaterial
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1 唐愛(ài)民,梁文芷;染料吸附法測(cè)定紙漿纖維的表面積[J];廣東造紙;2000年06期
本文編號(hào)：2585659
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