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壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物的制备及其阻垢性能研究

作　者: 张波
导　师: 唐星华
学　校: 南昌航空大学
专　业: 应用化学
关键词: 壳聚糖 马来酸酐 衣康酸 接枝共聚 阻垢
分类号: TQ085.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本论文主要研究了以壳聚糖为主体,马来酸酐、衣康酸为单体的共聚物的制备及其阻垢性能研究。壳聚糖(Chitosan)是一种含有羟基、氨基等活性基团的天然高分子化合物,具有无毒,生物降解性好和反应中不产生二次污染等优点,被作为绿色原料越来越广泛的应用在水处理中药剂的制备。马来酸酐(Maleic anhydride)又名顺丁烯二酸酐,经常用作为一种高效绿色的水处理剂原料。衣康酸(Itaconic acid)又名亚甲基丁二酸,分子中含有不饱和双键,因此具有活泼的化学性质,可进行自身间的聚合也能与其他单体聚合。本论文主要采取这样一种思路,以壳聚糖为主体,接枝共聚马来酸酐和衣康酸单体,合成一种新型、高效、绿色以及成本低廉的阻垢剂,并通过静态阻垢实验研究该阻垢剂的阻垢性能。首先,以壳聚糖为主体,以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂,在氮气的保护下,通过溶液聚合反应,将壳聚糖、马来酸酐、衣康酸进行接枝共聚,合成一种含有-OH、-NH2、-COOH的三元接枝共聚物。以接枝率为考察指标,通过单因素分析得出了该三元接枝共聚物的最佳合成条件为:引发剂浓度为3.2×10-2mol/L、反应温度50℃、反应时间为5h、单体摩尔比n(MA):n(IA) =1:1.5、m(壳聚糖):m(马来酸酐+衣康酸)=1:3。其次,用红外光谱分析、XRD分析、元素分析、热重分析和扫描电镜分析对这壳聚糖三元接枝共聚物进行表征定性分析,得出壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物的表征与壳聚糖的表征有较大改变,且马来酸酐、衣康酸单体已接枝到壳聚糖上。再次,通过静态阻垢实验,探讨了壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物阻垢剂的阻垢情况。考察了阻垢性能的影响因素,如阻垢剂浓度,水样PH值,恒温时间,恒温温度,水样中Ca2+浓度。所得结论如下:当阻垢剂浓度为60mg/L, PH=8,恒温时间8h,恒温温度为(60士1)℃,Ca2+浓度为500 mg/L时,可获得最佳阻垢效果,阻垢率达90%以上。并初步探讨了壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物阻垢剂的阻垢机理,比较符合晶格畸变理论。最后,将壳聚糖三元接枝共聚物(CTS-MA-IA)与水解聚马来酸酐(HPMA)、2-丙烯酸胺-2-甲基丙基磺酸(AMPS)相比较,得出结论当阻垢剂投加量为30mg/L时,三者阻垢率逐渐接近。除此之外,水样PH、温度、水质硬度对阻垢率均有不同程度的影响。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 甲壳素/壳聚糖简介  8-13
    1.1.1 壳聚糖及其衍生物作为阻垢剂的研究现状  9-10
    1.1.2 壳聚糖接枝共聚反应  10-13
  1.2 阻垢剂的发展历程  13-17
    1.2.1 天然聚合物阻垢剂  13-14
    1.2.2 合成聚合物阻垢剂  14-17
  1.3 选题的意义、研究的主要内容及创新点  17-19
    1.3.1 选题的意义  17-18
    1.3.2 研究的主要内容及创新点  18-19
第二章 壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物的制备及表征  19-38
  2.1 实验主要仪器及试剂  20-21
    2.1.1 实验仪器  20
    2.1.2 实验试剂  20-21
  2.2 制备方法  21-22
    2.2.1 壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物的合成  21
    2.2.2 共聚物的沉淀和提纯  21
    2.2.3 反应条件对接枝率的影响  21-22
  2.3 表征分析  22-24
    2.3.1 红外光谱分析  23
    2.3.2 XRD分析  23
    2.3.3 热重分析  23
    2.3.4 元素分析  23
    2.3.5 扫描电镜分析  23-24
  2.4 结果与讨论  24-36
    2.4.1 反应条件对产物接枝率的影响  24-29
    2.4.2 分析表征  29-36
  2.6 本章小结  36-38
第三章 壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物阻垢性能研究  38-51
  3.1 实验主要仪器及试剂  38-39
    3.1.1 实验仪器  38
    3.1.2 实验试剂  38-39
  3.2 实验方法  39-42
    3.2.1 溶液的配制  39-40
    3.2.2 实验原理  40-41
    3.2.3 阻垢实验  41-42
  3.3 结果与讨论  42-48
    3.3.1 阻垢剂用量的影响  42-43
    3.3.2 水样PH值的影响  43-44
    3.3.3 恒温温度的影响  44-46
    3.3.4 恒温时间的影响  46-47
    3.3.5 Ca~(2+)浓度（水样硬度）的影响  47-48
  3.4 壳聚糖三元接枝共聚物的阻垢机理探讨  48-50
    3.4.1 结垢的原理  48-49
    3.4.2 阻垢机理  49
    3.4.3 壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物的阻垢机理探讨  49-50
  3.5 本章小结  50-51
第四章 壳聚糖三元接枝马来酸酐衣康酸共聚物阻垢性能比较实验  51-59
  4.1 实验仪器及试剂  51-52
    4.1.1 实验仪器  51-52
    4.1.2 实验试剂  52
  4.2 阻垢性能比较实验及结果讨论  52-59
    4.2.1 阻垢剂浓度对阻垢性能的影响  53-54
    4.2.2 水样PH值对阻垢性能的影响  54-55
    4.2.3 恒温温度对阻垢性能的影响  55-56
    4.2.4 恒温时间对阻垢性能的影响  56-57
    4.2.5 Ca~(2+)浓度对阻垢性能的影响  57-59
第五章 结论与展望  59-61
  5.1 本实验主要结论  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-66
致谢  66-67
硕士期间发表的论文  67-68

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