庚醛改性壳聚糖的制备及其对酚类化合物的吸附性能_辛梅华

庚醛改性壳聚糖的制备及其对酚类化合物的吸附性能辛梅华＊谢英李明春张兴松顾丹丹(华侨大学材料科学与工程学院泉州362021)摘要在相转移催化剂存在下由庚醛与壳聚糖反应生成Schiff′s碱,再用NaBH4还原制备了N-烷基化壳聚糖衍生物,改性壳聚糖(CTS)产物的结构用FTIR和XRD进行了表征,研究了它对2,4-二氯酚的吸附性能。考察了吸附时间、溶液pH值、2,4-二氯酚浓度和改性剂用量等因素对吸附的影响。结果表明,改性CTS具有较好的抗酸碱性能;溶液的pH值对吸附的影响较大,在pH=6.0,吸附2h时对2,4-二氯酚的吸附量最大,酚浓度对吸附的影响符合Freundlich吸附等温方程;改性壳聚糖对2,4-二氯酚的吸附性能明显优于未改性的CTS,对质量浓度为0.6g/L的2,4-二氯酚溶液的吸附量分别为70.0和7.7mg/g。关键词壳聚糖,烷基化,二氯酚,吸附中图分类号:O636.1文献标识码:A文章编号:1000-0518(2008)01-0077-042007-01-27收稿,2007-05-30修回福建省自然科学基金资助项目(E0540001)通讯联系人:辛梅华,女,博士,教授;E-mail:mcli@hqu.edu.cn;研究方向:天然产物的改性及应用氯酚类化合物主要来自大量生产和使用的杀虫剂和除草剂,焚烧废弃物,以及炼油、炼焦和塑料等工业废水的排放,具有致癌、致畸、致突变性的潜在毒性。含氯酚废水处理目前主要采用超声氧化降解、光催化氧化降解、生物活性降解以及吸附等方法[1～5],Rawajfih等[6]用有机膨润土吸附二氯酚的吸附量为44.3mg/g。壳聚糖(CTS)分子中含有大量游离氨基和羟基,具有很强的吸附能力,已广泛用于含重金属离子的工业废水的处理[7,8],但用于含酚废水处理的报道较少。Zheng等[9]研究了CTS对地下水中酚的吸附。壳聚糖分子中的—NH2在pH较低的水溶液中容易形成—NH+3而溶解流失。N-烷基化改性壳聚糖可改变CTS的结晶性、疏水性和N上电子云密度等,从而改善与酚类化合物的静电、疏水和氢键等相互作用,有利于对酚类化合物的吸附。本文在相转移催化剂存在下用庚醛与壳聚糖反应生成Schiff′s碱,再用NaBH4还原制备N-烷基化壳聚糖衍生物,研究了其对2,4-二氯酚的吸附性能。1实验部分1.1仪器和试剂THZ-82型恒温振荡器;DZF-6050型真空干燥箱;UV-2401PC型紫外-可见分光光度仪(日本Shimadzu公司);NEXUS470型傅立叶变换红外光谱仪(美国Nicolet公司),KBr压片;D8ADVANCE型X射线粉末衍射仪(德国Bruker公司),扫描范围为5°～30°,扫描速率2°/min,CuKα辐射,管压40kV,管流40mA。壳聚糖(CTS),DD%=95.12,粘度80mPa·s,庚醛,十二烷基磺酸钠(SDS),硼氢化钠,2,4-二氯酚(DCP),AR。1.2庚醛改性壳聚糖的制备称取3.2gCTS置于200mL体积分数为2%的醋酸溶液中,搅拌溶解,过夜。加入理论量2.5倍的庚醛和CTS摩尔分数为6%的相转移催化剂SDS,80℃搅拌反应6h。用NaOH溶液调节pH,缓慢加入醛量1.5倍的10%NaBH4水溶液,继续搅拌2～3h,调节pH值至9～10,静置,抽滤,用水和乙醇洗涤,索氏提取48h以上,45℃真空干燥至恒重,得到细颗粒状的庚醛改性CTS产物。1.3改性CTS对酚的吸附性能准确配制1g/L的2,4-二氯酚的水溶液,稀释成一系列浓度的标准溶液,在UV284nm处测定吸光值。以浓度为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线。取0.1g改性CTS产物于三角烧瓶中,加入20mL质量浓度为0.08g/L的2,4-二氯酚水溶液,第25卷第1期应用化学Vol.25No.12008年1月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJan.200830℃恒温水浴振荡(120r/min),抽滤。在284nm处测滤液吸光值(pH=8时在该缓冲液中于λ=293nm处测定标准曲线),计算吸附率Q或吸附量Qe:Q=(c0-ce)/c0×100%Qe=(c0-ce)V/m式中,c0和ce分别为2,4-二氯酚的初始和吸附后的质量浓度(g/L),V为溶液的体积(mL),m为改性CTS的质量(g),Q为吸附率(%),Qe为吸附容量(mg/g)。2结果与讨论2.1烷基化CTS衍生物的FTIR分析庚醛与CTS的烷基化反应发生在CTS的C2位活性胺基上,其反应式如下所示。庚醛改性CTS产物(烷基化程度为0.65)的红外光谱图如图1所示。图1中谱线a为CTS的红外光谱图,CTS分子中的O—H和N—H因氢键作用其伸缩振动吸收峰在3200～3500cm-1范围内出现宽峰,1592cm-1是—NH