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自然界中的虾、蟹壳等经过脱钙、脱蛋白质、脱色素等处理后,可得到一种天然高分子材料——甲壳质,其化学名称为(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-β—D葡聚糖。甲壳质经脱乙酰基处理后的产物为壳聚糖,由于壳聚糖结构上具有氨基、羟基等官能团,易与金属形成配合物,因而可用作吸附金属的吸附剂。
但是在酸性介质中,壳聚糖分子中的氨基-NH2容易被质子化,形成-NH3+,就会溶于酸性介质而造成吸附剂的软化流失,同时-NH3+与金属阳离子产生排斥作用,也会影响其吸附性能。因而为了扩大壳聚糖的应用范围,在用壳聚糖作吸附剂或富集剂时,可用交联剂与之交联,使之由线性聚合物转变为网状聚合物,提高其吸附性能。
本文用环氧氯丙烷和硫脲合成了环硫氯丙烷(nD20=1.5289),用甲壳质自制壳聚糖(交联度92%),然后以环硫氯丙烷作交联剂,通过与壳聚糖交联合成环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂。本文还以环氧氯丙烷为交联剂合成了环氧氯丙烷交联壳聚糖树脂,并与环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂对金(Ⅲ)的吸附性能进行了对比研究。
影响交联壳聚糖树脂对Au(Ⅲ)离子吸附性能的主要因素有吸附时间、树脂用量、反应温度、初始离子浓度、介质的pH值等。为了全面考察各个因素对树脂吸附性能的影响趋势,我们对两种树脂分别设计了五因素四水平正交试验,根据正交试验结果分别做出了每一因素对吸附量及吸附率的影响趋势图,并讨论了上述五种因素与树脂吸附量、吸附率的关系。又分别选出两个主要因素对环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂对金(Ⅲ)的吸附性能做了进一步研究。
通过上述研究,本文主要得出了如下结论:
(1)各因素对环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂吸附量的影响程度大小:溶液的初始浓度>树脂用量>振荡时间>溶液pH值>温度。各因素对环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂吸附率的影响程度大小:反应温度>溶液pH值>树脂用量>溶液初始浓度>振荡时间。
(2)各因素对环氧氯丙烷交联壳聚糖树脂吸附量的影响程度大小:溶液初始浓度>树脂用量>溶液pH值>振荡时间>反应温度。各因素对环氧氯丙烷交联壳聚糖树脂吸附率的影响程度大小:溶液pH值>树脂用量>振荡时间>溶液初始浓度>反应温度。
(3)使环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂达到较好吸附率的最佳配合条件为:溶液值pH为4,振荡时间为45分钟,反应温度为25℃,溶液初始浓度为100mg·l-1,树脂用量为35mg。
(4)对于pH值、吸附时间、温度、溶液初始浓度等反应条件,在树脂对金(Ⅲ)的吸附过程中,环氧氯丙烷交联壳聚糖树脂较环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂对反应条件更为敏感,因而环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂用于吸附金(Ⅲ)时的所适用的条件范围更广。
(5)在相同的pH值、温度、吸附时间、溶液初始浓度及树脂用量条件下,环硫氯丙烷交联壳聚糖树脂比环氧氯丙烷交联壳聚糖树脂有更高的吸附量和吸附率。