交联AA/AM-g-黄原酸酯化氰乙基木薯淀粉的合成与表征

为开发新型复合淀粉衍生物及其在精细化工、医药、重金属絮凝剂和功能材料等方面的应用,以木薯淀粉(CS)为起始原料,丙烯腈(AN)为醚化剂,在催化剂Na OH和无水Na2SO4作用下合成氰乙基木薯淀粉(CECS);再以CS2为酯化剂,硫酸镁为稳定剂,催化合成黄原酸酯化氰乙基木薯淀粉(XCECS);然后以(NH4)2S2O8/NaHSO3为引发剂,丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为混合接枝单体,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为内交联剂,经接枝、交联改性合成交联AA/AM-g-黄原酸酯化氰乙基木薯淀粉(AA/AM-XCECS)。考察了反应条件对醚化取代度(DS)、含硫量、接枝率(G)和接枝效率(GE)的影响,同时采用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG-DTG)和元素分析对目标产物的结构进行了表征。结果表明:在AN(体积,m L)与CS(质量,g)比为2.0:4.0,催化剂和CS的质量比为0.063,温度50℃下反应5.0 h时,CECS的DS为0.110;当CS2(体积,m L)与CECS(质量,g)比为2.0:4.0,Na OH与CECS的质量比为0.025,硫酸镁溶液的质量分数为5.5%,温度30℃下反应2.5 h时,XCECS的含硫量为5.76%;当XCECS与单体的质量比在1.0:0.8,XCECS和N,N′-亚甲基双丙烯酰胺质量比在1.00:0.01,引发剂浓度8%,温度50℃下反应时间2.5h时,接枝共聚物AA/AM-XCECS的接枝率达70.01%,接枝效率可达89.97%。

磁性印迹交联AA/AM接枝酯化氰乙基木薯淀粉微球的制备与吸附性能

以木薯淀粉为主要原料,通过醚化、酯化、接枝三步反应,合成了交联AA/AM接枝酯化氰乙基木薯淀粉。然后以Fe_3O_4为磁性核中心,在反相乳液中制得磁性复合改性淀粉微球;进一步以Cu^(2+)为模板离子,经表面印迹修饰得到一种对Cu^(2+)具有选择吸附性的磁性印迹交联AA/AM接枝酯化氰乙基木薯淀粉衍生物微球(Cu-ⅡPs)。CuⅡPs粒径分布均匀,平均粒径为15.60μm,对Cu^(2+)的吸附率可达98.18%。采用红外光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、振动样品磁强计和综合热分析仪对Cu-ⅡPs的结构进行了表征。通过量子化学计算,对优化结构的Cu-ⅡPs的前线轨道、电子密度分布以及Fukui指数进行分析,研究了Cu-ⅡPs的吸附机理,说明Cu-ⅡPs能够与Cu^(2+)形成稳定的配合物,确定了可能的吸附活性位点。通过分子前线轨道理论和电荷分布解释了吸附剂与Cu^(2+)发生吸附时的电子转移机制。