交联氧化田菁胶的制备、性能及应用研究

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田菁胶是中国特有的半乳甘露聚糖类植物胶,具有絮凝、增稠及浮选等性能,因此在很多领域都能得到应用。但由于田菁胶原粉黏度稳定性、水不容物含量高、电解质兼容性差,使其在应用上存在问题。为弥补田菁胶的性能缺陷,可通过化学手段进行改性。本文以田菁胶为原料,乙醇为溶剂,三氯氧磷为交联剂,双氧水为氧化剂,对交联氧化田菁胶的制备和性能进行了研究。以沉降积和结合磷含量评价田菁胶的交联程度,考察了交联温度、交联时间、pH、乙醇用量及三氯氧磷用量对交联田菁胶沉降积影响;用黏度变化率评价交联田菁胶的氧化程度,考察了氧化温度、氧化时间、pH、双氧水用量及硫酸铜用量对交联氧化田菁胶黏度变化率的影响。在单因素基础上,采用响应面法对田菁胶的交联条件与交联田菁胶的氧化条进行优化。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)及表面羟基数测定等探讨了田菁胶表面改性机理。使用示差扫描量热仪(DSC)、热重分析仪对田菁胶(TGA)对田菁胶、交联田菁胶、交联氧化田菁胶的热性能进行了比较和分析。考察了交联、氧化对田菁胶抗酸碱性、冷热黏度稳定性、冻融稳定性、膨胀能力和凝沉性的影响。田菁胶交联的最佳工艺条件为:交联温度30℃、交联时间70min、pH 10、三氯氧磷用量1.0%、乙醇用量67%。交联田菁胶氧化的最佳工艺条件为:氧化温度40℃,氧化时间2 h,p H 6,双氧水用量24%,乙醇用量68%。田菁胶经交联后冻融稳定性提高,但交联田菁胶经氧化后,其冻融稳定性却降低。交联使田菁胶颗粒表面羟基数减少,且其表面羟基数随着田菁胶交联程度增大而降低。交联田菁胶经氧化后,其颗粒表面羟基数增加,且氧化程度越大,其糊液黏度越小,颗粒表面羟基数也越多。交联和氧化改性使田菁胶结晶度降低。红外光谱表明,双氧水氧化并没有在交联田菁胶或田菁胶分子中引入新的基团,黏度下降的主要原因是田菁胶分子断链。田菁胶经交联改性后,起始温度、峰值温度和焓变升高,终止温度、起始分解温度,终止分解温度和失重率降低;交联田菁胶经过氧化后,其起始温度、起始分解温度和失重率均降低,峰值温度、终止温度、终止分解温度和焓变均升高。田菁胶改性前颗粒表面结构致密、粗糙不平,交联后部分颗粒表面有小的沟槽,说明交联反应是不均匀的。田菁胶在交联基础上再经氧化后,大部分的颗粒表面均被侵蚀,表面变得更加粗糙,氧化对田菁胶颗粒造成的破坏程度远大于交联。以Cu2+离子去除率为指标,通过改变吸附温度、吸附时间、吸附剂投加量等条件研究了田菁胶、交联氧化田菁胶对Cu2+离子的吸附效果。实验结果表明,田菁胶在吸附温度为45℃、田菁胶投加量为0.3mg/100mL废水、吸附时间为2小时条件下,Cu2+去除率可达33.1%。交联氧化田菁胶在吸附温度为30℃、交联氧化田菁胶投加量为1g/100mL废水、吸附时间为1.5小时条件下,Cu2+去除效率可达64.9%。并且同等投入量的改性田菁胶对铜离子的吸附效果比天然的田菁胶要好。因此,交联氧化田菁胶对金属离子Cu2+的吸附效果优于田菁胶。
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