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EDTA-壳聚糖的制备及对Cd~(2+)、Pb~(2+)的吸附研究

作　者: 王林
导　师: 杨锡洪
学　校: 广东海洋大学
专　业: 农产品加工及贮藏工程
关键词: ETC 镉铅吸附小鼠脱除
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前，由于环境污染等原因致使越来越多的人重金属中毒，尤其是儿童铅（Pb）、镉（Cd）中毒现象更广泛、严重。而目前针对Pb、Cd中毒问题采用的治疗方式多数为药物治疗，在脱除体内重金属的同时也给机体带来了很大损害。而壳聚糖（Chitosan,CTS）是一类来源广泛、高效、无毒、易生物降解，对重金属离子有很好的吸附作用的碱性多糖，在许多领域得到了应用。但是壳聚糖溶解性差，仅在酸性介质中溶解，致使其应用范围受到限制。所以对壳聚糖进行改性以制备一种水溶性及吸附性较好的吸附剂是近年研究的热点。本文通过EDTA对壳聚糖进行酰化改性制备EDTA改性壳聚糖（ETC），通过单因素实验研究不同制备条件下的ETC取代度及对Cd²⁺离子的吸附情况，并在此基础上进行优化实验，得到了最佳制备工艺，并对ETC进行红外图谱分析及热重（TG）-差示扫描量热（DSC）分析；并研究了ETC对单一溶液中重金属Cd²⁺、Pb²⁺的吸附性能，探讨了pH、温度、吸附时间、吸附剂添加量、金属离子初始浓度对其吸附的影响；并将其应用到Cd²⁺污染小鼠体内，通过对蓄积重金属小鼠进行Cd²⁺脱除实验，观察其对重金属的作用情况。本论文可得到以下结论：（1）通过对ETC制备工艺的研究，得到ETC的最佳制备工艺为：EDTA-2Na：CTS（w:w）2:1、pH为5.5、EDAC.HCl浓度为40mmol/L、反应时间为16h；将ETC与壳聚糖、壳聚糖盐酸盐、壳聚糖季铵盐、羟丙基壳聚糖、壳聚糖乳酸盐做吸附对比，发现在相同条件下ETC的吸附率为50.30%，吸附效果高于其他吸附剂；通过ETC的溶解性实验，发现ETC的溶解度与其取代度密切相关，取代度小于0.3时，ETC仅能在酸中溶解，随着取代度的增大，ETC的溶解范围变广，当取代度为0.6～0.8时，能溶于水、稀酸与稀碱中，当取代度超过0.8时，可溶于水与碱性溶液，而不溶于酸。通过对ETC的红外图谱分析，发现EDTA与壳聚糖C2位的氨基发生酰化反应；ETC的TG-DSC分析结果显示壳聚糖改性后热稳定性提高。（2）通过探讨溶液pH、温度、吸附时间、吸附剂添加量与重金属离子初始浓度对ETC吸附单一溶液中重金属Cd²⁺、Pb²⁺的吸附性能的影响，发现ETC对水溶液中重金属Cd²⁺、Pb²⁺都有较好的吸附效果。在较低pH时ETC对两种离子就有较好的吸附率，；反应温度对二者的吸附影响不大；当反应时间分别为1、2h时，ETC对Cd²⁺、Pb²⁺吸附率分别达到35%、60.3%，之后变化不明显；浓度为1%的ETC对Cd²⁺的吸附率在吸附剂添加量为2～4mL内增加迅速，4mL时吸附率为71%，之后趋于平稳，而对Pb²⁺的吸附率则是在吸附剂添加量为2～8mL之间增加迅速，8mL时吸附率达90%，而后变化不显著；随着初始重金属离子浓度的增大，ETC对Cd²⁺、Pb²⁺的吸附率都下降。（3）通过研究ETC对Cd²⁺、Pb²⁺的吸附动力学与热力学，发现ETC对两种离子的吸附动力学均符合Lagergren二级速率吸附模型，模型线性相关系数R²均大于0.99，主要发生化学吸附过程。ETC对两种重金属离子的吸附热力学符合Langmuir等温式，回归方程线性相关系数R²均大于0.9，为单分子层吸附，其中ETC对Cd²⁺的吸附限定浓度范围。（4）通过对小鼠进行Cd²⁺蓄积实验，建立污染模型，结果发现间隔与连续染毒6天后，小鼠体内血镉含量Cd分别达108.21、202.5μg/L，小鼠肝、肾Cd²⁺含量分别达25.70、6.592μg/g与72.26、19.98μg/g。通过对染毒小鼠进行连续6天的解毒，发现两种染毒方式的小鼠，经解毒后，小鼠体内Cd²⁺含量较Cd对照组低，EDTA、ETC、壳聚糖、羧甲基壳聚糖对血镉脱除率分别达58.94%、51.68%、37.43.%、37.22%；而ETC对小鼠脏器镉的脱除率远高于其他脱镉剂，其中对心、肾镉脱除率分别高达63.9%、45%。综合脱镉剂对小鼠各部位脱镉结果，得出ETC对小鼠体内重金属Cd²⁺有较好的吸附作用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-22
  1.1 重金属 Pb 与 Cd 对人体的危害  10-11
    1.1.1 Pb 的危害  10-11
    1.1.2 Cd 的危害  11
  1.2 中毒原因  11-12
    1.2.1 环境污染  11
    1.2.2 用具与玩具污染  11-12
    1.2.3 食物污染  12
  1.3 生物体内重金属脱除机理  12-14
    1.3.1 络合机理  12-13
    1.3.2 排斥机理  13-14
  1.4 药物脱除重金属研究现状  14
  1.5 壳聚糖及其衍生物简介  14-20
    1.5.1 壳聚糖的结构与性质  14-15
    1.5.2 壳聚糖吸附重金属离子研究  15-16
    1.5.3 影响壳聚糖吸附的因素  16-17
    1.5.4 壳聚糖衍生物对重金属离子的吸附  17-20
  1.6 研究内容与目的意义  20-22
    1.6.1 研究内容  20-21
    1.6.2 研究的目的与意义  21-22
2 EDTA 改性壳聚糖的制备及表征  22-34
  2.1 实验材料  22-23
    2.1.1 试剂及原料  22
    2.1.2 仪器及设备  22-23
    2.1.3 原子吸收分光光度计的工作条件  23
  2.2 实验方法  23-25
    2.2.1 壳聚糖衍生物的制备  23
    2.2.2 ETC 吸附率的测定  23
    2.2.3 ETC 取代度的测定  23-24
    2.2.4 衍生物制备条件的单因素实验  24
    2.2.5 衍生物制备条件的优化  24
    2.2.6 壳聚糖与壳聚糖衍生物吸附性能比较  24-25
    2.2.7 ETC 溶解度的测定  25
    2.2.8 ETC 的表征  25
  2.3 结果与分析  25-33
    2.3.1 衍生物 ETC 制备条件的探讨  25-29
    2.3.2 正交试验结果与分析  29-30
    2.3.3 壳聚糖及壳聚糖衍生物吸附性能比较  30-31
    2.3.4 壳聚糖衍生物 ETC 的溶解性  31
    2.3.5 CTS 及 ETC 的表征  31-33
  2.4 本章小结与讨论  33-34
3 壳聚糖衍生物对重金属离子的吸附  34-45
  3.1 实验材料  34-35
    3.1.1 试剂及原料  34
    3.1.2 仪器与设备  34
    3.1.3 原子吸收分光光度计工作条件  34-35
    3.1.4 元素工作标准溶液的制备及标准工作曲线的绘制  35
  3.2 实验方法  35-36
    3.2.1 吸附重金属离子的影响因素  35-36
    3.2.2 ETC 吸附性能研究  36
  3.3 结果与分析  36-43
    3.3.1 溶液 pH 的影响  36-37
    3.3.2 反应温度的影响  37-38
    3.3.3 反应时间的影响  38
    3.3.4 吸附剂 ETC 添加量的影响  38-39
    3.3.5 初始重金属离子浓度的影响  39-40
    3.3.6 ETC 对 Cd~(2+)和 Pb~(2+)的吸附动力学  40-41
    3.3.7 ETC 对 Cd~(2+)和 Pb~(2+)的吸附热力学  41-43
  3.4 本章小结与讨论  43-45
4 壳聚糖衍生物对小鼠体内重金属的脱除  45-55
  4.1 实验材料  45-46
    4.1.1 试剂及原料  45
    4.1.2 仪器及设备  45
    4.1.3 仪器工作条件  45-46
  4.2 实验方法  46-47
    4.2.1 小鼠体内重金属 Cd 的蓄积实验  46
    4.2.2 小鼠脱毒实验  46-47
    4.2.3 小鼠处理及体内重金属含量的检测  47
    4.2.4 统计学处理  47
  4.3 结果与分析  47-53
    4.3.1 小鼠体内重金属 Cd 的蓄积  47-48
    4.3.2 染毒方式对小鼠体重的影响  48-49
    4.3.3 驱镉剂治疗后小鼠脏器系数的变化  49-50
    4.3.4 驱镉剂治疗后小鼠血镉含量检测  50
    4.3.5 驱镉剂治疗后小鼠各脏器镉含量变化  50-52
    4.3.6 驱镉剂治疗后小鼠体内其他微量元素的检测  52-53
  4.4 本章小结与讨论  53-55
5 总结论与研究展望  55-57
  5.1 总结论  55
  5.2 创新点  55
  5.3 研究展望  55-57
参考文献  57-63
致谢  63-64
个人简介  64-65
导师简介  65

EDTA-壳聚糖的制备及对Cd~(2+)、Pb~(2+)的吸附研究

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