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大孔吸附树脂D101的氯甲基化及功能化改性研究

作　者: 董方
导　师: 陈振斌
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料学
关键词: 大孔吸附树脂 高交联度 氯甲基化 功能化 结构参数
分类号: TQ424.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


大孔吸附树脂（MAR）是集吸附和筛分分离为一体、具有广谱分离功能的分离型功能高分子材料,广泛应用于制药（抗生素、维生素、中药、生物农药）、医疗、环境保护、分析等行业,早在2002年国家中长期发展纲要中就已被列为我国实现中药国际化和现代化的关键共性技术基础并给予重点支持。然而,由于MAR特殊的制备过程和复杂的结构特点,对含有功能基的MAR,即使是相同的合成工艺,制备出的MAR结构参数相差很大,很难甚至无法制得功能基含量、孔径、比表面积和孔体积等结构参数同或相近的MAR。这些将严重阻碍MAR的理论研究,并很大程度上限制MAR的应用范围。因此,克服上述困难,进行MAR吸附理论研究,尤其是吸附选择性规律的研究是目前MAR技术发展的关键性课题。本学位论文分别以自制的1, 4-二氯甲氧基丁烷和氯甲醚为氯甲基化试剂,对MAR D101氯甲基化,再分别采用相似结构的对氨基苯磺酸和对氨基苯甲酸对高氯甲基化度的D101功能化,对各反应条件对改性反应的影响进行了初步考察,取得了优化反应条件;表征和测定了改性前后的D101的TGA和DSC曲线及结构参数:孔径、比表面积和孔体积,取得了以下结果:1.对高交联的非极性MAR D101进行氯甲基化反应研究,对其氯甲基化工艺进行了初步考察和优化,得到其氯甲基化的优化工艺条件如下:m（D101） : m（BCMB） : m（CCl4）=1 : 4 : 18.6,溶胀时间12 h,反应温度50 oC,反应时间14 h,在上述工艺条件下制得氯甲基化度为1.13 mmol/g的氯甲基化D101-Cl,实现了对高交联非极性MAR较高水平的氯甲基化,具有一定的意义;在以上工艺条件的基础上,进一步提高D101-Cl氯甲基化度,选用体积较小的氯甲醚,并将反应体系置于超声环境,经催化反应,成功制得氯甲基化度为2.28 mmol/g的高氯甲基化度D101-Cl。2.对氯甲基化度为2.28 mmol/g D101-Cl进行功能化改性研究,选用相似结构的功能化试剂对氨基苯磺酸（SA）和对氨基苯甲酸（PAA）对氯甲基化的D101功能化,实现了MAR高效的功能化改性,得到其功能化的优化的工艺条件分别如下:m（D101-Cl） : m（SA） : m（DMF） : m（NaOH）=1 : 0.5 : 12.7 : 0.33,反应温度60 oC,反应时间48 h,功能化度为1.78 mmol/g; m（D101-Cl） : m（PAA） : m（DMF） : m（NaOH）=1 : 0.5 : 12.7 : 0.5,反应温度55 oC,反应时间48 h,功能化度为1.54 mmol/g。为了考察MAR在氯甲基化和功能化后结构参数的变化情况,对D101、上述制备的高氯甲基化的D101-Cl,以及高功能化的D101-SO3-和D101-CO2-结构数进行比较研究,发现改性后树脂热稳定性、平均孔径和孔径分布范围、比表面积、孔体积等结构参数均发生了明显的变化;对采用相似结构的功能化试剂并具有相同功能化度D101-SO3-和D101-CO2-的结构参数分析比较后,发现它们的平均孔径及其分布、比表面积、孔体积等结构参数值基本保持一致,获得了对MAR吸附选择性规律等理论研究要求的树脂,为MAR吸附选择性规律的研究提供了必要条件。

全文目录


摘要  8-10
Abstract  10-12
第1章 文献综述  12-27
  1.1 大孔吸附树脂的研究概况  12-15
  1.2 目前国内外大孔吸附树脂的生产状况  15-16
    1.2.1 国外大孔吸附树脂生产状况  15-16
    1.2.2 国内大孔吸附树脂生产状况  16
  1.3 大孔吸附树脂的结构、分类、性质及吸附原理  16-19
    1.3.1 大孔吸附树脂的结构  16-18
    1.3.2 大孔吸附树脂的分类  18
    1.3.3 大孔吸附树脂的性质及吸附原理  18-19
  1.4 大孔吸附树脂的理论研究现状  19-21
    1.4.1 吸附热力学  19-20
    1.4.2 吸附动力学  20
    1.4.3 吸附选择性  20-21
  1.5 改性大孔吸附树脂的研究进展  21-22
  1.6 大孔吸附树脂的应用  22-25
    1.6.1 对天然产物的吸附分离  22-23
    1.6.2 在医药中的应用  23-24
    1.6.3 在环保方面的应用  24
    1.6.4 处理工业废水  24-25
    1.6.5 其它应用  25
  1.7 目前大孔吸附树脂研究中存在的问题  25-26
  1.8 本学位论文的工作内容  26-27
第2章 大孔吸附树脂D101 的氯甲基化研究  27-45
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验部分  28-33
    2.2.1 药品及仪器  28-29
    2.2.2 硝酸银溶液的配制和标定  29
    2.2.3 D101 饱和溶胀度的测定  29-30
    2.2.4 D101 表观密度的测定  30
    2.2.5 D101 交联度的确定  30
    2.2.6 BCMB 的合成  30-31
    2.2.7 ZnC1_2 的干燥  31
    2.2.8 NaCl 的干燥  31
    2.2.9 D101 的氯甲基化  31-32
    2.2.10 超声环境下D101 的氯甲基化  32
    2.2.11 D101-Cl 氯甲基化度的测定  32-33
  2.3 结果与讨论  33-44
    2.3.1 BCMB 结构的确定  33-34
    2.3.2 红外光谱表征  34
    2.3.3 氯甲基化反应机理  34
    2.3.4 D101 的交联度计算及其氯甲基化方案的设计  34-36
    2.3.5 溶剂类型对氯甲基化度的影响  36-37
    2.3.6 溶剂用量对氯甲基化度的影响  37-38
    2.3.7 溶胀时间对氯甲基化度的影响  38-39
    2.3.8 反应温度对氯甲基化度的影响  39-40
    2.3.9 BCMB 用量对氯甲基化度的影响  40-41
    2.3.10 ME 与BCMB 对D101 氯甲基化度影响的实验比较  41-42
    2.3.11 超声条件下D101 氯甲基化研究  42
    2.3.12 超声功率对氯甲基化度的影响  42-44
  2.4 结论  44-45
第3章 大孔吸附树脂D101-Cl 的胺磺酸化功能改性研究  45-54
  3.1 引言  45
  3.2 实验部分  45-48
    3.2.1 药品及仪器  45-46
    3.2.2 ZnC1_2 的干燥  46
    3.2.3 NaCl 的干燥  46
    3.2.4 D101 的氯甲基化  46
    3.2.5 D101-Cl 的功能化  46
    3.2.6 D101-Cl 氯甲基化度测定  46-48
    3.2.7 D101-S0_3-功能化度测定  48
  3.3 结果与讨论  48-53
    3.3.1 红外光谱表征  48-49
    3.3.2 反应温度对D101-Cl 功能化度的影响  49-50
    3.3.3 SA 用量对D101-Cl 功能化度的影响  50
    3.3.4 溶剂用量对D101-Cl 功能化度的影响  50-51
    3.3.5 NaOH 用量对D101-Cl 功能化度的影响  51-52
    3.3.6 DMF 和H20 溶胀顺序对D101-Cl 功能化度的影响  52
    3.3.7 VDMF/VH20 对D101-Cl 功能化度的影响  52-53
  3.4 结论  53-54
第4章 大孔吸附树脂D101-Cl 的胺羧酸化功能改性研究  54-62
  4.1 引言  54
  4.2 实验部分  54-57
    4.2.1 药品及仪器  54-55
    4.2.2 ZnC1_2 的干燥  55
    4.2.3 NaCl 的干燥  55
    4.2.4 D101 的氯甲基化  55
    4.2.5 D101-Cl 的功能化  55
    4.2.6 D101-Cl 氯甲基化度测定  55-57
    4.2.7 D101- C0_2~-功能化度测定  57
  4.3 结果与讨论  57-61
    4.3.1 红外光谱表征  57-58
    4.3.2 反应温度对D101-Cl 功能化度的影响  58
    4.3.3 PAA 用量对D101-Cl 功能化度的影响  58-59
    4.3.4 溶剂用量对D101-Cl 功能化度的影响  59-60
    4.3.5 NaOH 用量对D101-Cl 功能化度的影响  60
    4.3.6 VDMF/VH20 对D101-Cl 功能化度的影响  60-61
  4.4 结论  61-62
第5章 D101、D101-CL、D101-SO_3~-和D101-C0_2~-结构的比较研究  62-74
  5.1 引言  62-63
  5.2 实验部分  63-67
    5.2.1 药品及仪器  63-64
    5.2.2 D101 的活化与纯化  64
    5.2.3 D101-Cl 的制备  64
    5.2.4 D101-Cl 氯甲基化度的测定  64-65
    5.2.5 D101-SO_3~-的制备  65
    5.2.6 D101-C0_2~-的制备  65-66
    5.2.7 D101-SO_3~-、D101-C0_2~-功能化度测定  66
    5.2.8 ME、SA 和PAA 尺寸和体积计算  66
    5.2.9 D101、D101-Cl、D101-SO_3~-和D101-C0_2~-结构的红外光谱（FT-IR）表征  66
    5.2.10 D101、D101-Cl、D101-SO_3~-和D101-C0_2~-的热失重（TGA）和差示扫描量热（DSC）表征  66-67
    5.2.11 D101、D101-Cl、D101-SO_3~-和D101-C0_2~-的孔径及其分布、比表面积和孔体积表征  67
  5.3 结果与讨论  67-73
    5.3.1 红外图谱分析  67-68
    5.3.2 TGA 和DSC 分析  68-69
    5.3.3 功能化试剂的尺寸和体积对功能化作用的影响  69-70
    5.3.4 功能化试剂的尺寸和体积对平均孔径及其分布的影响  70-72
    5.3.5 功能化试剂的尺寸和体积对比表面积的影响  72-73
    5.3.6 功能化试剂的尺寸和体积对孔体积的影响  73
  5.4 结论  73-74
总论  74-75
参考文献  75-82
致谢  82-83
附录攻读学位期间所发表的学术论文目录  83

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 试剂与纯化学品的生产 > 吸附剂 > 有机吸附剂
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