季铵阳离子化（共3篇）
季铵阳离子化 篇1
燃料电池技术作为新能源技术越来越受到关注。阴离子交换膜作为其重要组件之一,性能直接影响燃料电池的性能[1]。目前阴离子交换膜的性能离如Nafion这样的商业膜还有一定距离。因此,开发新型阴离子交换膜有望解决现有膜存在的一些不足,具有广阔的发展前景[2,3]。
壳聚糖及其衍生物广泛用于反渗透膜、纳滤膜、超滤膜等的制备[4,5,6]。其中季铵化壳聚糖是最重要的改性壳聚糖之一[7],带正电季铵基团的引入,使其具有一定的OH-离子交换能力,但其在碱性条件下易发生溶胀[8,9,10]。聚乙烯醇具有良好的成膜性和化学稳定性[11,12],能够有效抑制溶胀现象的发生,因此QCS和PVA是制备阴离子交换膜的优良材料。
研究以QCS膜为基膜,通过加入聚乙烯醇对其进行改性,制得了一系列阴离子交换膜,并对其含水率、离子交换量、溶胀度和膜的热稳定性等进行研究。
1 实验
1.1 试剂与仪器
壳聚糖,浙江金壳生物化学有限公司;2,3-环氧丙基三甲基氯化铵,东营国丰精细化工有限公司;聚乙烯醇,上海山浦化工有限公司;氢氧化钠,天津市致远化学试剂有限公司;冰乙酸,上海山浦化工有限公司;异丙醇,天津市致远化学试剂有限公司;盐酸,四川西陇化工有限公司。
HHS-11-4恒温水浴锅,金坛市朗博仪器制造有限公司;JJ2增力电动搅拌器,江苏省金坛市医疗仪器厂;RE-52AA旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂。
1.2 方法
1.2.1 壳聚糖季铵盐的制备
称取4 g的壳聚糖粉末于三口烧瓶中,依次加入异丙醇和去离子水,缓慢搅拌使其分散均匀,加入4 g的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵,80℃恒温反应9 h,冷却至室温,静置分层,除去溶剂得到产物,80℃真空干燥至恒重,得QCS产物。
1.2.2 季铵化壳聚糖/聚乙烯醇阴离子交换膜的制备
将QCS制成2%的溶液;PVA制成5%的溶液;将QCS溶液和PVA溶液按一定比例混匀,在室温下搅拌反应30 min得铸膜液;室温下静置消泡,在玻璃板上刮膜,真空干燥12 h,自然冷却至室温揭膜,将膜浸于0.5 mol/L的Na OH溶液中,12 h后取出,用洗去残余的Na OH,即得到阴离子形式的QCS/PVA膜,将膜浸泡于去离子水中待用。按QCS与PVA溶液混合体积比为80/20,60/40,40/60,20/80将制得的膜分别命名为QCP80,QCP60,QCP40,QCP20。
1.3 性能测试
1.3.1 膜含水率及溶胀度的测定
将阴离子膜于室温条件下在去离子水中浸泡24 h,将膜取出,擦干表面粘附的水分,迅速测量三维尺寸、称重。然后将膜置于的烘箱干燥至恒重,取出后再次测量尺寸及重量。通过下式得到膜的含水率及溶胀度。计算公式如下:
式中:Φ———含水量或溶胀度
P湿———湿膜质量或湿膜的体积
P干———干膜质量或体积
1.3.2 离子交换量的测定
称取0.5 g左右的干膜,剪碎后在室温下于0.1 mol/L盐酸溶液中浸泡24 h。以酚酞为指示剂,用0.1 mol/L Na OH溶液进行返滴定,记下消耗的Na OH的的量。计算IEC值。计算公式如下:
式中:N1———HCl的初始摩尔数,mol
N2———HCl的剩余摩尔数,mol
W———膜的质量,g
1.3.3 热重分析
将季铵化壳聚糖QCS、QCS/PVA共混阴离子交换膜研磨至粉末,干燥。取少量的样品分别进行热重测定,测试温度为室温~500℃,升温速率设为10℃/min,N2流速为20 m L/min,得样品的T-G曲线,根据膜在不同温度下的失重情况分析膜的热稳定性及适用温度。
2 结果与讨论
2.1 含水量
QCS/PVA共混膜的含水率随QCS含量升高而增大。这是因为在水凝胶体系当中,QCS/PVA膜中起溶胀吸水作用的主要是季铵化壳聚糖上的季铵基团,随着膜上季铵化壳聚糖的量的增加,这种亲水性基团也随之增多,从而增强了其水合能力,因此随着QCS含量的增加,膜的吸水率也随之增大,QCS/PVA阴离子膜的含水量如图1所示。
2.2 溶胀度
随着季铵盐的增加,膜的溶胀度逐渐增加,因此QCS/PVA共混膜的溶胀度随QCS含量增大而增大。主要因为膜在水中溶胀时,季铵分子链因水合而伸展,同时壳聚糖分子链上含有大量的氨基、羟基等亲水基团,其与水分子接触,使阴离子膜与水分子的亲合作用变大,从而导致溶胀度增大。而随着聚乙烯醇的增加,使得聚合物链的流动性和自由体积都有所降低,因此抑制了膜的溶胀。QCS/PVA膜的溶胀度如图2所示。
2.3 离子交换量
IEC越高,膜中可以自由移动的离子数量就会较多,可迁移的离子就会较多,促使电导率的数值相应较高。由图3可以看出,随着季铵化壳聚糖量的增加膜的ICE也在增大,因为在QCS/PVA共混膜中离子交换量来源于两部分,其一是QCS中的季铵基团吸附的OH-,随着PVA的混入,QCS在膜中的比例减少,季铵基团的数量也随之减少,导致吸附OH-的数量降低;其二是PVA的混入破坏了季铵化壳聚糖的空间结构,分子链之间相互缠结,使得膜结构更加紧密,空穴减少,空间位阻增大,造成离子交换量降低;这两种作用共同导致了QSC/PVA膜离子交换率的变化,其中QCP80的离子交换量室温达0.071 mol/g,基本满足燃料电池的要求。
2.4 热重分析
QCS和QCS/PVA的TGA曲线见图4。季铵化壳聚糖膜的热解过程分为2个阶段,首先100℃附近的失重是由于样品中少量水分挥发造成的;第二次失重在250~330℃之间,在278℃处最为明显,失重达42%,这主要因为壳聚糖中季铵基团的的会减弱壳聚糖分子内的氢键作用,使得壳聚糖链热分解,热稳定性降低。其次壳聚糖中的部分糖环脱水及聚合单元解聚也起到一定作用。
共混膜的热解过程也可分为2个阶段,190℃前共混膜失重较少,主要是由于样品中少量水分的挥发造成的;当温度高于200℃后共混膜开始逐渐热解,由图可以看出,在400℃之前共混膜比季铵化壳聚糖的稳定性高。这是由于引入了的聚乙烯醇,使共混膜具有更好的热稳定性。说明PVA的引入改善了复合膜的结构,该膜的热稳定性随着聚乙烯醇的加入得到明显的改善。
2.5 膜的形态
不同配比阴离子膜QCP20,QCP40,QCP60,QCP80的形态如图5所示,由图可以看出,随着PVA含量的不断增加,膜的颜色明显变深,说明PVA在复合膜中已分布均匀,且能够影响复合膜的性能。
3 结论
(1)以CS与GTA通过亲核取代反应合成出QCS。季铵化壳聚糖与聚乙烯醇共混制备了季铵化壳聚糖聚乙烯醇阴离子交换膜,膜的热稳定性明显得到改善。
(2)QCS-PVA共混膜的吸水率和溶胀度随季铵化壳聚糖的含量增大而增大,离子交换率随季铵化壳聚糖的含量增大而提高,其中QCP80的离子交换量室温达0.071 mol/g,所制备的阴离子交换膜符合燃料电池的需要。
摘要：利用壳聚糖(CS)制备季铵化壳聚糖(QCS),将其与聚乙烯醇(PVA)共混后制得一系列不同配比的QCS/PVA阴离子交换膜,对膜的吸水率、溶胀度、离子交换率等进行了测试和分析。结果表明:季铵化壳聚糖与聚乙烯醇有较好的相容性;膜的吸水率、溶胀度、离子交换率随季铵化壳聚糖含量增大而增大;共混膜结构均匀,热稳定性良好。
关键词：季铵化壳聚糖,聚乙烯醇,阴离子交换膜
季铵化花生壳吸附剂的制备与表征 篇2
利用无机或有机改性剂对花生壳进行改性, 能进一步强化花生壳的吸附性能。刘光全等[4]采用Na OH改性花生壳吸附去除水中产生硬度的主要离子Ca2+, 在最优化条件下, 对于Ca2+的吸附量达到30 mg/g。李山等[5]利用环氧氯丙烷对花生壳进行改性, 在最优化条件下吸附率可达99%, 脱色效果显著。本实验采用HDTMA (十六烷基三甲基溴化铵) 对花生壳进行有机阳离子改性, 探讨季铵化花生壳的最佳制备条件, 并对其内部结构和吸附性能进行表征, 这对开发利用这种价廉量大的农业废弃物治理环境污染具有理论和现实意义。
1 实验部分
1.1 材料及药品
花生壳, 购自泰州市郊区;橙黄Ⅱ (化学纯) , 国药集团化学试剂有限公司;十六烷基三基溴化铵 (分析纯) , 上海青析化工科技有限公司;氢氧化钠 (分析纯) , 上海化学试剂有限公司;盐酸 (分析纯) , 无锡市展望化学试剂有限公司。
1.2 仪器
SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵, 郑州长城科工贸有限公司;AL104电子天平, 梅特勒-托利多仪器 (上海) 有限公司;UV-7504C紫外可见分光光度计, 上海欣茂仪器有限公司;SHA-C往复式水溶恒湿振荡器, 江苏正基仪器有限公司;DHG-2000A型电热恒温鼓风干燥箱, 金坛市荣华仪器制造有限公司;CSR-1-05超纯水机, 北京爱思泰克科技开发有限责任公司;80-2离心机, 江苏大地自动化仪器厂, 环保仪器厂合制。
1.3 实验方法
1.3.1 花生壳粉末吸附剂的制备
将花生壳经粉碎机粉碎后, 浸泡于水中, 待其静置沉降。待沉降完全, 将上面一部分含有漂浮杂物的水倒出, 如此连续淘洗三次后, 花生壳中大部分杂质都已被去除。然后将含有大量水的花生壳粉末置于烘箱中, 在60℃条件下烘干, 将烘干后的花生壳在研钵中研成更细粒径的粉末, 再过70目筛, 筛下产物备用。
1.3.2 改性花生壳粉末吸附剂的制备
将一定量的花生壳粉末和蒸馏水加入到容器中, 将其放进恒温水槽振荡器中, 在常温下振荡两小时, 使其分散均匀, 制备成浓度为5%的花生壳粉末浆, 再向其中加入一定量的HDTMA, 继续振荡一定时间取出。将反应后的累托石用真空泵进行抽滤, 将抽滤后的有机改性花生壳粉末用蒸馏水进行水洗, 再进行抽滤, 这样反复进行3次。最后将其放入烘箱, 在60℃下烘干即得季铵化花生壳粉末。
1.4 静态吸附实验
将100 m L一定浓度的橙黄Ⅱ溶液放入250 m L的碘量瓶中, 然后向其中加入一定量的花生壳/改性花生壳粉末吸附剂, 置于恒温振荡器中, 在100 r/min的频率下振荡, 待吸附平衡后取样分析溶液中剩余橙黄Ⅱ的浓度。
1.5 季铵化花生壳的表征
HDTMA的内孔分布和微观形貌主要通过电子扫描电镜图片分析;分子结构特性主要通过红外光谱进行分析;比表面积和孔径的测定主要通过气体吸附法, 所采用的吸附质为N2。
1.6 分析方法
1.6.1 橙黄II浓度的测定
采用分光光度法测定橙黄II浓度。利用UV-7504C紫外可见分光光度计在波长486 nm处测定吸光度, 再通过标准曲线进而确定橙黄II浓度。
1.6.2 脱色率的计算
脱色率按以下公式计算:
式中:E———脱色率, %
A0———吸附前染料废水的吸光度
A———吸附后染料废水的吸光度
2 结果与讨论
2.1 花生壳对橙黄II的吸附效果
在对花生壳改性之前, 本研究在优化条件下考察了花生壳对水中橙黄II的吸附效果, 结果如图1所示。由图1可知, 花生壳对水中橙黄II的吸附率较低, 当花生壳用量与橙黄II体积之比达到500 mg/100 m L时, 脱色率只有5.9%。可见, 为提高花生壳的吸附性能, 必须对其进行改性。
2.2 季铵化花生壳吸附剂的制备
2.2.1 HDTMA用量对吸附效果的影响
当改性时间为3 h, 改性温度为25℃时, 通过改变HDTMA投加量来制备不同的季铵化花生壳, 并分别用来处理初始浓度为20 mg/L的橙黄II溶液, 季铵化花生壳用量为0.1 g。HDTMA用量不同对花生壳吸附性能的影响见图2。由图2可以看出:用HDTMA对花生壳粉末进行改性后, 其脱色率均在90%以上, 吸附性能大大改善, 这表明季铵化花生壳粉末对水中橙黄II有显著的吸附效果。其原因是:花生壳经HDTMA改性后, 花生壳与HDTMA中的有机阳离子结合, 被一定程度地季铵化, 由于有机阳离子的水合作用很微弱, 则生成的季铵化花生壳具有疏水性, 这就大大增加了改性花生壳对水中橙黄II的吸附能力;但当HDTMA用量大于1.5%时, 改性花生壳对水中橙黄II的吸附量反而减小, 原因是HDTMA用量过多时, 改性花生壳的季铵化程度过高, 导致其在水中溶解度增大, 对橙黄II的吸附能力降低。所以, 在本研究条件下, HDTMA用量确定为1.5%。
2.2.2 改性时间对吸附效果的影响
当改性温度为25℃时, HDTMA用量为1.5%, 通过改变改性时间来制备不同的季铵化花生壳, 并分别用来处理初始浓度为20 mg/L的橙黄II溶液, 季铵化花生壳用量为0.1 g。改性时间不同对花生壳吸附性能的影响见图3。由图3可以看出, 当反应时间小于2 h时, 改性花生壳对橙黄II的吸附率随反应时间增加而增大, 反应时间大于2 h后, 改性花生壳对橙黄II的吸附率随反应时间增加反而减小。原因是季铵盐属于有机大分子, 分子尺寸较大, 反应时间较短时反应不够充分, 只有少量有机阳离子进入花生壳中, 产物的季铵化程度低, 故对橙黄II的吸附率较小;适当延长时间, 进入花生壳参加反应的有机阳离子增多, 产物的季铵化程度升高, 故对橙黄II的吸附率增大:但反应时间继续延长, 产物较高的季铵化程度导致其极性增强, 溶解度过大, 削弱了对橙黄II的吸附能力, 所以改性时间确定为2 h。
2.2.3 改性温度对吸附效果的影响
当改性时间为2 h, HDTMA用量为1.5%, 通过改变改性温度来制备不同的季铵化花生壳, 并分别用来处理初始浓度为20 mg/L的橙黄II溶液, 季铵化花生壳用量为0.1 g。改性温度不同对花生壳吸附性能的影响见图4。从图4可以看出:当改性温度低于30℃时, 季铵化花生壳对橙黄II的脱色率随改性温度增高而升高, 这是由随着改性温度的升高, 体系能够提供的能量增加, 能保证HDTMA与花生壳充分反应, 在30℃时脱色率达到最高;当改性温度高于30℃时, 脱色率反而降低, 这是由于随着改性温度的进一步提高, HDTMA和季铵化花生壳会发生分解或水解等副反应, 从而导致其吸附能力减弱。所以, 改性温度确定为30℃。
2.3 季铵化花生壳的表征
2.3.1 扫描电镜分析
将花生壳和季铵化花生壳研细, 过200目筛, 采用SEM观察其改性前、后的微观形貌, 如图5所示。从图5可以看到, 花生壳改性前主要呈片状结构, 但表面比较粗糙, 其中附有大量的颗粒状杂质, 这是由于花生壳内除含有大量地纤维素类物质外, 还含有少量的灰分等成分;经改性后的花生壳片状结构更为有序, 表面比较平整, 其中附有的颗粒状杂质明显减少, 而且其内部有比较发达的孔道, 褶皱较多, 这些都为吸附提供了很好的条件。
2.3.2 红外光谱分析
分别取一定量的花生壳和季铵化花生壳与干燥的溴化钾混匀、研磨、压片, 在500~4 000 cm-1范围内测其红外光谱, 如图6所示。花生壳的红外光谱主要由木质素、纤维素等碳水化合物吸收带组成[6]。由图6可知, 花生壳改性前后红外光谱图谱变化不大, 这说明其化学结构在改性前后并未发生很大改变。花生壳经HDTMA改性后, 在3 420 cm-1处的羟基峰发生了明显的偏移, 1 720 cm-1处的羰基峰减弱, 1 239 cm-1处的C-O键的变形振动引起的吸收峰减弱[7,8], 这是因为OH、C=O、C-O中的氧原子由于孤对电子的存在而具有负电性, 根据异性相吸的原理, 易于与改性剂中的有机阳离子发生作用, 这表明花生壳实现了季铵盐阳离子改性。
2.3.3 比表面积的测定
采用美国Micromeritics公司ASAP2010M型比表面积测定仪, 以氦气为载气, 低温 (77 K) 氮气吸附法测定花生壳和季铵化花生壳的比表面积, 依据BET法计算求得改性前比表面积为2.194 3 m2/g, 改性后为10.924 8 m2/g。花生壳经HDTMA改性后, 比表面积增大了近5倍, 使得季铵化花生壳比花生壳的吸附能力大大增强。
2.3.4 孔径分布
通过花生壳改性前后的孔半径分布曲线, 计算出花生壳的平均孔半径 (Average Pore Diameter) =62.7706 nm, 季铵化花生壳的平均孔半径 (Average Pore Diameter) =26.0532 nm, 这表明花生壳经HDTMA改性后, 内孔孔径进一步减小, 属于介孔材料的范畴, 这也是改性后比表面积增大的原因之一。
2.4 季铵化花生壳对橙黄II的吸附效果
在优化条件下, 季铵化花生壳用量不同对水中橙黄II的吸附效果如图7所示。由图7可知, 花生壳粉末经季铵盐改性后, 吸附效果显著提高, 季铵化花生壳用量为0.1 g时, 对初始浓度为20 mg/L的橙黄II溶液脱色率高达99%。
3 结论
(1) 未经改性的花生壳对水中橙黄II的吸附量很小, 脱色率并不理想。用HDTMA改性后, 季铵化花生壳的吸附效率有显著提高, 脱色率高达99%。
(2) 季铵化花生壳吸附剂最佳制备条件为:HDTMA用量为1.5%, 改性时间为2.0 h, 反应温度为30℃。
(3) 红外光谱说明花生壳的改性主要归功于其中含有的-OH、C=O、C-O等基团中的氧原子与HDTMA中的有机阳离子的结合, 从而实现了季铵盐阳离子改性。
(4) 季铵化花生壳内部具有发达的孔系, 比表面积为10.9248 m2/g, 平均孔半径为26.053 2 nm, 是一种具有良好应用前景的生物吸附剂。
摘要：采用HDTMA (十六烷基三甲基溴化铵) 对花生壳进行改性, 探讨季铵化花生壳的最佳制备条件, 并对其进行表征。结果表明, 季铵化花生壳最佳制备条件为:HDTMA用量1.5%, 改性时间2.0 h, 反应温度为30℃。花生壳实现了季铵盐阳离子改性, 内部具有发达的孔系, 比表面积为10.924 8 m2/g, 平均孔半径为26.0532 nm, 对水中橙黄II的吸附效率显著提高, 高达99%。
关键词：季铵化,花生壳,橙黄Ⅱ,吸附
参考文献
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[5]李山, 赵虹霞.硝酸改性花生壳对Pb2+的吸附研究[J].染料与染色, 2008, 45 (2) :49-51.
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[7]卢涌泉, 邓振华.实用红外光谱解析[M].北京:电子工业出版社, 1989, 21-34.
季铵阳离子化 篇3
1实验部分
1.1试剂与仪器
实验试剂:壳聚糖(CTS,脱乙酰度90%,工业品),山东奥康生物有限公司;2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA,AR),上海一基生物有限公司;冰乙酸、异丙醇、无水乙醇、丙酮、 AgNO３、重铬酸钾、NaOH,KBr均为分析纯;安徽淮南当地城市污水(污水原始指标:COD=300mg/L,BOD=260,浊度值=56mg/L,pH值=7.3)。
实验仪器:分析天平(MS105DU型),上海精密科学仪器有限公司;恒温水浴锅(HH-S1型),常州江南仪器厂;酸度计(PHS-25型),南京东迈科技仪器有限公司;分光光度计(SP- 722E型),上海光谱仪器有限公司;傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR,TNZ1-IR200型),德国Bruker Optik公司;真空干燥箱(DZF-6020Z型),郑州比朗仪器有限公司。
1.2壳聚糖的季铵盐(HTCC)的制备
1.2.1实验步骤［５－７］
称取一定量的壳聚糖,将其溶于乙酸中,搅拌使其溶胀、 溶解一定时间后,滴加1mol/L的NaOH溶液,有白色沉淀析出。调节pH值至弱碱性,使其碱化一定时间后,抽滤去除多余水分,将其取出放入装有冷凝管和搅拌器的三口烧瓶中,加入一定量异丙醇作为溶剂,按一定的摩尔分数比分批加入醚化剂GTA,同时调节反应液的pH值,待反应完成后,用无水乙醇沉淀并反复洗涤后,再进行抽滤,并将产物在真空干燥箱中烘干,即得到季铵盐壳聚糖粗产品。
1.2.2产品精制［８］
壳聚糖的季铵盐改性产品溶于20mL蒸馏水中,用砂芯漏斗过滤,滤液用足量的丙酮沉淀、过滤,除去未反应完的壳聚糖和GTA,得到的沉淀用少量蒸馏水溶解,用分子量1× 10４的渗析膜透析2d,并时常更换蒸馏水。待浓缩到一定体积时,加入足量的丙酮重新沉淀抽滤后,真空干燥得到精致的壳聚糖的季铵盐产品。将粗品溶于水,再用砂芯漏斗过滤,将滤液在丙酮溶液中沉淀,沉淀后得到浅黄色沉淀物为精制后的产品,将精制产品在真空干燥箱中干燥。
1.3产品的性能测试
1.3.1产品的红外光谱测试［９］
将提纯、精制后的壳聚糖季铵盐产品和壳聚糖干燥、研磨后,用KBr进行压片,再用傅里叶变换红外光谱仪对二者的官能团进行结构表征。
1.3.2取代度测定
称取10g重铬酸钾,溶于一定量蒸馏水中,滴加硝酸银标准溶液至有红色沉淀生成,静置一定时间后过滤,用蒸馏水将滤液稀释至100mL,待用。将0.2g壳聚糖季铵盐产品溶于蒸馏水中,定容到50mL,移取25mL样品溶液,加入25mL蒸馏水,滴入已配置好的重铬酸钾溶液,用硝酸银标准溶液滴定至有砖红色沉淀生成,用式(1)计算取代度(DS)。
式中,c为硝酸银的浓度,mol/L;V为消耗的硝酸银体积, mL;m为样品的质量,g;162为壳聚糖的单元相对分子质量; 314为壳聚糖的季铵盐单元相对分子质量。
1.3.3絮凝剂的性能测试
准确量取200mL淮南城市生活污水,置于500mL的烧杯中在转速为150r/min的搅拌器下进行搅拌,向烧杯中加入0.05g不同的壳聚糖的季铵盐,加完继续搅拌10min,絮凝完毕,将溶液倒入梨形分液漏斗中静置分层。30min后,用移液管从漏斗的上层清夜中取出一定体积的上层清夜,测其吸光光度。浊度去除率的计算见式(2)。
式中,B０为污水处理前的吸光度的值;B１为絮凝后污水的吸光度值。
2结果与讨论
2.1红外光谱分析
由壳聚糖和壳聚糖季铵盐的红外光谱图(见图1)比较可以看出:尽管二者的谱图十分相似,但仍然会发现二者的差别在于季铵盐壳聚糖中的—NH２的中强峰在波长1593cm－１消失,而在1639cm－１处出现了一个吸收峰,说明壳聚糖上的 —NH２已发生改变,—NH２与GTA反应后,出现了1481cm－１处的吸收代表季铵基团甲基的C—H键的伸缩振动,同时3400cm－１处壳聚糖的季铵盐的吸收峰变宽,表明—OH的吸收变强,也说明了GTA醚化剂与壳聚糖的氨基上发生取代, 通过以上分析说明壳聚糖发生了醚化反应,生成了壳聚糖的季铵盐。
2.2壳聚糖醚化制备季铵盐壳聚糖的反应正交试验结果分析
采用壳聚糖与GTA醚化反应时选取的因素和水平情况见表1,试验结果见表2。
表3为试验结果数据的极差分析,通过表3可得出如下结论:
壳聚糖醚化反应制备壳聚糖季铵盐的工艺参数中,影响产品取代度的大小顺序为:醚化剂与壳聚糖的质量比>反应温度>反应时间>pH值。优化条件为A4B3C3D3,即制备季铵盐壳聚糖最佳工艺条件是醚化剂与壳聚糖的质量比为4∶1,反应温度为70℃,pH=7,反应时间为9h。采用以上工艺参数制备的壳聚糖季铵盐取代度最高,证明了优化工艺参数可行。
2.3季铵盐壳聚糖处理淮南当地生活污水的结果分析
将以最优制备工艺条件下制得的壳聚糖季铵盐,用于对安徽淮南当地的污水处理,所得的壳聚糖季铵盐的用量对污水絮凝效果的影响结果如表4所示。
由图2可以看出,开始随着壳聚糖季铵盐的加入量的增加,浊度去除率迅速提高,当加入量达到2.5mg/mL时,浊度去除率最高达到98.58%,随后再继续增加HTCC的加入量,浊度去除率没有升高反而缓慢下降。这是因为当地属于煤炭能源城市,以煤炭为主体的工矿企业所排放的污水成分复杂,加上当地人畜的生活污水,有机物含量较高,同时含有大量带负电荷的胶体粒子,壳聚糖的季铵盐属于阳离子絮凝剂［１０］,在废水中通过架桥、网扑机理,发生物理化学变化,中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷,降低了 δ电位,使胶体微粒斥力减小,破坏了胶团稳定性,使胶体微粒相互碰撞,从而形成絮状混凝沉淀,极具吸附能力。当浊度去除率达到最大值后,再继续增加壳聚糖的季铵盐的加入量,浊度去除率变化不大。
3结论
(1)壳聚糖与GTA通过进行醚化反应制备壳聚糖季铵盐的方法简单可行。
(2)壳聚糖与GTA通过醚化反应制备壳聚糖季铵盐工艺参数影响取代度的大小顺序为:醚化剂与壳聚糖的质量比> 反应温度>反应时间>pH值,其最佳用量依次为:GTA与壳聚糖的质量比为4∶1,反应温度为70℃、反应时间为9h、pH值为7.0时,在以上条件下制得的壳聚糖季铵盐产品的取代度最高可达87.16%。
(3)最佳工艺参数下制备的壳聚糖季铵盐,当药品加入量为2.5mg/mL,淮南城市污水的浊度去除率取达到98.58%。
摘要：壳聚糖的季铵盐改性物是一种重要的壳聚糖衍生物,本方法将壳聚糖(CTS)与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)发生醚化反应制备壳聚糖的季铵盐(HTCC),优化了制备壳聚糖季铵盐的工艺参数,确定最佳的工艺参数为:GTA与壳聚糖的质量比为4∶1,反应温度为70℃、反应时间为9h、pH=7.0时,产物取代度最高可达87.16%。将在优化的工艺条件下制备的壳聚糖季铵盐产品,用于安徽淮南的城市污水处理后,污水的浊度去除率达到98.58%。
关键词：壳聚糖的季铵盐,2,3-环氧丙基三甲基氯化铵,工艺参数,取代度,浊度去除率
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