內容簡介
本書主要介紹了甲殼素及殼聚糖樹脂的性質和結構，殼聚糖及交聯殼聚糖樹脂的套用，交聯殼聚糖的交聯反應特徵，以及幾種不同的新型交聯殼聚糖樹脂的合成及其對金屬離子的吸附特性。
本書適合殼聚糖生產和科研及相關人員使用，也適合高等院校相關專業學生閱讀，並可作為相關專業研究生參考用書。
序言
源於礦山開採、有色冶金、機械加工、儀表電鍍、重金屬鹽化工等行業的重金屬，通過各種渠道進入水體後，對人類會造成不同程度的危害。在不同工業過程之後產生的廢料、廢液中仍有一定的金屬含量，因而金屬離子的富集及回收問題日益受到廣大學者和研究人員的關注。
從溶液中回收金屬的方法有離子交換、液液萃取、膜過濾及吸附等方法，相比而言，吸附方法更適用於金屬的回收，因為其兼具廉價及高效的特點。在目前的金屬吸附劑中，存在著吸附效率低下、再生困難或生產成本高等問題。因而從經濟及技術的角度來說，採用適宜的吸附劑用於富集回收貴金屬離子不失為一種經濟可行的處理方法。
殼聚糖產量豐富，無毒無害，是容易被生物降解的天然高分子化合物，而且其分子中的氨基、羥基等活性基團容易與金屬離子螯合，從而有效吸附金屬離子，因此符合廉價、高效的吸附劑的特點。但是殼聚糖的氨基在酸性溶液中易被質子化，進而導致吸附劑的溶解流失，這使其套用在一定程度上受到限制。而通過交聯，可以變殼聚糖原有的線型結構為交聯的網狀結構，使其不溶於酸性介質。但交聯作用由於發生在氨基、羥基分子活性部位，所以往往在交聯之後，儘管改善了殼聚糖的力學性能，但由於分子中的吸附活性點減少，往往也會導致殼聚糖對金屬離子的吸附性能下降。因此合成一種既有較好的機械強度，同時也有良好的吸附性能的金屬離子吸附劑，必將具有重要的意義。近幾十年來，甲殼素/殼聚糖產品的開發及其在醫藥、環境保護等領域套用則使其足可以與纖維素相比，隨著其在不同領域中做出越來越多的貢獻，甲殼素已成為21世紀碳水化合物研究領域中最具研究開發價值的多糖。
本書主要介紹了用交聯方法合成殼聚糖樹脂的合成方法及其對金、鉑、鎳等金屬離子的吸附行為。
全書共分為八章。第一章 介紹了甲殼素及殼聚糖的性質和結構；第二、三章介紹了殼聚糖及交聯殼聚糖樹脂的套用；第四章 介紹了交聯殼聚糖的交聯反應特徵；第五～八章介紹了幾種不同的新型交聯殼聚糖樹脂的合成及其對金屬離子的吸附性能。
圖書目錄
1 甲殼素及殼聚糖的性質和結構1
1.1 甲殼素及殼聚糖的結構2
1.2 甲殼素及殼聚糖的物理性質4
1.2.1 溶解特性5
1.2.2 分子量6
1.3 甲殼素及殼聚糖的化學性質6
1.3.1 甲殼素和殼聚糖的鹼化6
1.3.2 交聯7
1.3.3 接枝共聚8
參考文獻8
2 殼聚糖及其衍生物的套用9
2.1 交聯殼聚糖樹脂在食品工業中的套用10
2.1.1 果汁的澄清10
2.1.2 酒的澄清14
2.2 交聯殼聚糖樹脂在輕紡工業中的套用14
2.2.1 造紙助劑15
2.2.2 載體17
2.3 交聯殼聚糖樹脂在冶金工業中的套用18
2.4 交聯殼聚糖樹脂在生物工程中的套用21
2.4.1 固定化酶21
2.4.2 蛋白質的分離提純26
2.5 交聯殼聚糖在醫藥工程中的套用29
2.5.1 血液中毒素的吸附劑29
2.5.2 藥物載體41
2.6 交聯殼聚糖樹脂在環保工業中的套用47
2.6.1 酸的吸附47
2.6.2 染料的吸附51
2.6.3化學形態分析53
2.6.4 工業廢水中金屬離子的吸附61
參考文獻69
3 基於殼聚糖的金屬離子吸附劑79
3.1 殼聚糖直接作為金屬離子吸附劑80
3.2 交聯殼聚糖作為金屬離子吸附劑83
3.2.1 直接與交聯劑進行交聯83
3.2.2 分子印跡法84
3.3 交聯殼聚糖衍生物對金屬離子的吸附86
3.4 交聯殼聚糖的合成方法88
3.4.1 微球法交聯殼聚糖88
3.4.2 模板法交聯殼聚糖89
3.4.3 微波法交聯殼聚糖89
參考文獻90
4 殼聚糖的交聯反應特徵94
4.1 概述95
4.2 交聯殼聚糖的合成反應過程97
4.2.1 主要儀器及試劑97
4.2.2 殼聚糖的溶解及性質測定98
4.2.3 環硫氯丙烷的製備103
4.2.4 交聯殼聚糖樹脂的合成及交聯度的測定103
4.2.5 合成反應條件的最佳化104
4.3 殼聚糖的性質及其溶液濃度105
4.3.1 殼聚糖的黏均分子量105
4.3.2 殼聚糖溶液的濃度106
4.4 交聯殼聚糖樹脂的合成工藝條件109
4.4.1 紅外光譜表征109
4.4.2 合成樹脂的最佳工藝條件111
4.5 合成反應動力學115
4.5.1 合成特徵的模型確定116
4.5.2 合成機理的模型確定117
4.5.3 溶液初始濃度及剩餘濃度的確定119
4.5.4 交聯反應速率常數和活化能的確定122
4.5.5 交聯反應的行為與機理探討125
參考文獻127
5 環硫氯丙烷交聯殼聚糖樹脂的吸附性能129
5.1 概述130
5.2 交聯殼聚糖樹脂的合成及吸附性能測定131
5.2.1 主要儀器及試劑131
5.2.2 殼聚糖的製備132
5.2.3 樹脂的合成132
5.2.4 金溶液的配製及其濃度的測定132
5.2.5 鉑溶液的配製及其濃度的測定133
5.2.6 吸附實驗134
5.3 環硫氯丙烷交聯殼聚糖樹脂的表征136
5.3.1 樹脂的SEM表征136
5.3.2 環硫氯丙烷交聯殼聚糖樹脂的紅外光譜分析136
5.4 樹脂對金的吸附性能137
5.4.1 酸度對吸附的影響137
5.4.2 吸附動力學138
5.4.3表觀活化能140
5.4.4 吸附等溫特性141
5.4.5吸附熱力學143
5.5 樹脂對鉑的吸附性能145
5.5.1 溶液pH值對吸附的影響145
5.5.2 吸附動力學146
5.5.3 表觀活化能148
5.5.4 吸附平衡149
5.5.5 吸附熱力學函式的求算151
5.5.6 解吸特性153
5.5.7 吸附機理154
5.6 小結155
5.6.1 樹脂對金離子的吸附155
5.6.2 樹脂對鉑離子的吸附156
參考文獻156
6 金模板交聯殼聚糖樹脂的合成及其對金的吸附性能158
6.1 概述159
6.2 金模板交聯殼聚糖樹脂的合成及吸附性能測定160
6.2.1 主要儀器及試劑160
6.2.2 金模板交聯殼聚糖樹脂的合成161
6.2.3 合成反應條件的測定161
6.2.4 吸附性能的測定162
6.3 合成反應條件對樹脂性能的影響163
6.3.1 金離子濃度的影響163
6.3.2 環硫氯丙烷用量的影響164
6.3.3 交聯反應液pH值的影響166
6.3.4 反應溫度的影響167
6.4 樹脂對金的吸附性能168
6.4.1 pH值對吸附性能的影響168
6.4.2 吸附動力學169
6.4.3 吸附等溫特性171
6.4.4 吸附選擇性173
6.5 小結174
參考文獻175
7 甲醛?環硫氯丙烷微球交聯殼聚糖的合成及吸附性能177
7.1 概述178
7.2 甲醛?環硫氯丙烷微球交聯殼聚糖樹脂的合成178
7.2.1 主要儀器及試劑178
7.2.2 甲醛?環硫氯丙烷交聯殼聚糖樹脂的合成及表征179
7.2.3 吸附過程180
7.2.4解吸過程180
7.3 樹脂的表征181
7.3.1 掃描電鏡表征181
7.3.2 X射線衍射分析181
7.3.3 紅外光譜分析182
7.4 吸附過程的影響因素183
7.4.1 交聯劑的用量對吸附的影響183
7.4.2 吸附溶液pH值的影響184
7.5 吸附動力學參數及活化能的測算185
7.5.1 吸附動力學模型185
7.5.2 吸附溶液pH值的影響186
7.6 吸附平衡186
7.7 解吸特性188
7.7.1 解吸時間對解吸率的影響188
7.7.2 硫脲濃度對解吸的影響188
7.8 小結189
參考文獻189
8 戊二醛鎳模板交聯殼聚糖的合成及其吸附性能191
8.1 概述192
8.2 樹脂的合成及表征192
8.2.1 主要試劑及儀器192
8.2.2 樹脂的合成及交聯度的測定193
8.2.3 合成反應條件的最佳化195
8.2.4 樹脂的表征196
8.2.5 合成樹脂過程的影響因素199
8.2.6 樹脂合成反應條件最佳化203
8.3 樹脂的吸附性能204
8.3.1 樹脂的吸附性能測定方法204
8.3.2 樹脂吸附鎳過程的影響因素206
8.3.3 吸附動力學208
8.3.4 吸附表觀活化能212
8.3.5 吸附等溫特性213
8.3.6 吸附選擇性217
8.3.7 再生性能223
8.4 小結224
參考文獻226
文摘
殼聚糖溶液不能配製得太濃，對於中等黏度的殼聚糖也只能配製成濃度小於5%的溶液。濃度太大時會轉化為
膠體，甚至形成溶脹物。殼聚糖作為溶液存放和使用時，需處於酸性環境中。由於其具有縮醛結構，在酸性溶液中將發生殼聚糖降解，溶液黏度也隨之下降，加入乙醇、甲醇、丙酮等可延緩殼聚糖溶液黏度的降低，以乙醇的作用最明顯。殼聚糖甲酸溶液比殼聚糖乙酸溶液穩定。抗氧化劑維生素C對殼聚糖具有明顯的促進降解作用。
1.2.1溶解特性
甲殼素的醯胺/LiCl溶液有一定的穩定性，因此將甲殼素紡絲或制膜時，常常是用此複合溶劑配製成溶液。甲殼素溶於濃酸時會很快發生降解，如甲殼素溶於濃鹽酸，加熱8min就全部溶解了，但分子量也同時大幅度地下降，並很快降解為氨基葡萄糖。
殼聚糖在稀酸中溶解的實質是殼聚糖分子鏈上具有游離氨基，游離氨基的氮原子上存在一對未結合電子，此氨基在水溶液中呈現弱鹼性，能從溶液中結合一個氫質子，從而使殼聚糖成為帶正電荷的聚電解質，這些陽離子破壞了殼聚糖分子間和分子內的氫鍵，使之溶於水。
殼聚糖在稀酸中的溶解，至少要受到三個因素的制約：脫乙醯度，分子量，酸的種類。如果脫乙醯度低於47%，則很難溶於稀酸中，也就是說，脫乙醯度越高，殼聚糖分子中的氨基離子化程度越高，也就越易溶於水；多糖分子內和分子間形成許多氫鍵，使得分子比較僵硬，並纏繞在一起，不易溶於水，因此，殼聚糖的分子量越大，在水中的溶解度越小；酸的種類對殼聚糖的溶解性也有影響，通常殼聚糖的鹽酸鹽易溶於水，而殼聚糖的硫酸鹽和磷酸鹽則不溶於水。
2殼聚糖及其衍生物的套用2.1 交聯殼聚糖樹脂在食品工業中的套用
殼聚糖在食品工業的套用中，占有重要的地位。國內外大量研究證明殼聚糖是無毒的，美國食品與藥物管理局（FDA）已批准其為食品添加劑。交聯殼聚糖具有比殼聚糖更穩定的化學性質，但是由於在製備過程中添加了其他化學成分，所以在食品工業中使用時必須考慮到食品安全問題。目前，將交聯殼聚糖樹脂套用在食品工業中的報導較少，主要集中在液體的處理上，如果汁和啤酒的澄清。
2.1.1 果汁的澄清
我國水果資源豐富，其中蘋果產量居世界第一，柑橘產量居世界第三，梨、桃等產量均名列世界前茅。然而與此形成鮮明對比的是，我國雖人口眾多，果汁飲料的消費量卻較低，人均年消費量還不到1kg，是世界平均水平的1/10，已開發國家平均水平的1/40。
如果按照世界平均消費量計算，我國果汁飲料的市場容量應為910萬噸，這表明，果汁飲料在我國仍有巨大的發展空間。
隨著人們生活水平的提高，人們在對果汁需求量日益增多的同時，對其質量與安全的要求也愈來愈高。果汁的透光率、色值、濁度及農殘是衡量果汁質量與安全的關鍵指標。根據我國果品清汁的行業標準，果汁澄清液的生產要求主要有：①果汁澄清透明，而且具有原果汁固有的風味，無異味；②去除引起果汁變渾濁、變質的組分，保留果汁中的營養成分和芳香物質。果汁中含有大量的果膠、鞣質、纖維素、澱粉等大分子以及單寧、蛋白質的配合物等，這些物質在汁液中進行緩慢的物理變化和化學反應，導致果汁在加工和儲藏、銷售期間變色、變渾。因此，果汁澄清的效果直接影響到製品的透光率、黏度和沉澱等主要理化指標。
