瓜尔胶衍生物的制备及其对染料的吸附研究

瓜尔胶是一种天然的半乳甘露聚糖胶，从瓜尔豆种子的胚乳中提取得到，具有很好的水溶性和增稠性[1-3]，由于瓜尔胶独特的分子结构及物理化学特性，使它成为一种很有潜力的新型环保助剂，可用于吸附印染废水中的染料和重金属离子[4-7]，也可以降低浊度[8]。β-环糊精是由7个葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接形成低聚糖，具有“内疏水、外亲水”的特殊分子结构，能与某些染料分子结合形成主客体包络物[9-12]。随着纺织和印染工业的迅速发展，染料生产和使用过程产生大量废水，这些废水是公认的最难治理的有毒废水之一，尤其是黄色和红色印染废水[13]，其中碱性品红是用量较大的一种染料，主要用于人造纤维、皮革、纸张的印染。本文先制备具有大比表面积的β-环糊精微球，利用环氧氯丙烷把β-环糊精微球键接到瓜尔胶上，合成一系列处理印染废水的天然高分子吸附剂，充分发挥β-环糊精微球和瓜尔胶在印染废水处理方面的协同作用，通过改变各种试验条件研究β-环糊精微球衍生物对碱性品红的吸附性能，并与聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的吸附效果作比较。1试验部分1.1主要试剂和仪器瓜尔胶，食品级；β-环糊精（β-CD），经重结晶后使用；聚合氯化铝（PAC），Al2O3≥30%；聚丙烯酰胺，化学纯；无水碳酸钠、甲醇、环氧氯丙烷（EPI）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）均为分析纯；乳化剂（吐温20和司班80）、碱性品红和酚酞。X-射线衍射仪：D/MAX-1200型；傅里叶变换红外光谱仪：Equinox型；紫外可见分光光度计：752N型：TGL-16C型；恒温磁力搅拌器：DF-101S型；电子天平：FA2004N型；pH计：PHS-2C型。1.2材料制备1.2.1瓜尔胶衍生物的合成取一定量NaOH溶于水中，加入一定量β-环糊精，20℃时边搅拌边滴加一定量EPI，在该温度下反应1.5h后，加入含有一定量乳化剂的200#煤油，高速搅拌后升温至60℃油浴反应8h。反应结束后，将产物过滤并用稀盐酸、甲醇、蒸馏水和丙酮进行充分洗涤，然后干燥得米白色的固体颗粒[11]。在圆底烧瓶中分别加入环氧氯丙烷、高氯酸、乙醇和水，磁力搅拌均匀后加入瓜尔胶和甲苯，90℃回流反应4h。过滤并用丙酮洗涤，烘干研磨得棕褐色固体粉末氯丙基羟基瓜尔胶。在圆底烧瓶中加入β-环糊精微球，无水碳酸钠和蒸馏水，搅拌待β-环糊精微球完全溶胀之后，加入氯丙基羟基瓜尔胶，磁力搅拌，90℃回流反应2h，冷却后用稀盐酸调至中性，过滤，滤饼加入DMF超声振荡，过滤后用乙醇和丙酮洗涤，烘干得白色粉末。1.2.2制备系列瓜尔胶衍生物分为2种情况，m（氯丙基羟基瓜尔胶）：m（β-环糊精微球）：m（碳酸钠）为0.6：0.8：1.0，改变合成瓜尔胶衍生物的制备及其对染料的吸附研究张秀菊，郑少杰，林志丹（暨南大学理工学院材料系，广东广州510632）摘要：将瓜尔胶键接到β-环糊精微球上，制备了系列β-环糊精微球的衍生物，利用X－射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱表征原料和衍生物的结构。通过改变各种试验条件和吸附剂种类，研究不同衍生物对碱性品红的吸附性能。结果表明，反应时间为2h，m(氯丙基羟基瓜尔胶)：m(β-环糊精微球)：m(碳酸钠)为0.6：0.8：1.0时的衍生物的吸附量为24mg·g-1。关键词：瓜尔胶；β-环糊精微球；碱性品红；吸附中图分类号：TQ424；X788文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)07-0056-005收稿日期：2009-10-14作者简介：张秀菊（1975－），女，副研究员，博士，研究方向为功能高分子材料；E-mail：zxiuju@gic.ac.cn第36卷第7期2010年7月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.7Jul.,201056反应的时间，分别为1、2、3h；固定反应时间为2h，改变m（氯丙基羟基瓜尔胶）：m（β-环糊精微球）：m（碳酸钠）分别为：（0.4：0.8：1.0）、（0.6：0.8：1.0）、（0.8：0.8：1.0）和（1.0：0.8：1.0）。1.3吸附性能研究准确称取一定量的衍生物，加入到碱性品红溶液中，恒速振荡一定时间后离心分离，取上层清液测其吸光度。根据吸附前后溶液中碱性品红浓度的变化，计算其吸附量，然后在上述试验步骤的基础上，变化吸附体系的搅拌时间、温度和pH，计算其吸附量。2结果与讨论2.1瓜尔胶衍生物的表征2.1.1X-射线衍射分析X-射线衍射分析如图1所示。由图1可知，a出现了2个β-环糊精微球衍生物的主要衍射峰，而且这2个衍射峰在c、d、e中均出现，说明β-环糊精微球已经键接到瓜尔胶上。c、d、e在21°处的3个强衍射峰，其中c的衍射峰是最强的，这说明反应2h的衍生物的规整性最好，结构比较有序。2.1.2傅里叶变换红外光谱分析傅里