壳聚糖(chitosan,简称CS)是甲壳素的脱乙酰基产物,化学名称为1,4-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖,是自然界天然存在的具有广泛应用价值的唯一的天然高分子碱性多糖。因其资源丰富,具有独特的生物相容性、天然无毒性、生物降解性,生物活性和物化特性引起人们的重视,在化工、轻纺、食品和医药等领域已有广泛的应用。虽然壳聚糖分子内含有羟基、氨基等多种活性官能团,具有较强的与金属离子配位的能力,可作为一种吸附剂用于废水处理,但因其不溶水和许多有机溶剂的性质而限制其应用领域。因此,制备水溶性壳聚糖及其衍生物,改善它的溶解性及功能,拓宽其应用范围成为当前研究开发甲壳素和壳聚糖的重要课题。对壳聚糖进行改性是改善其应用性能的有效途径。本研究将超声波和磁场处理等物理场强化技术应用于壳聚糖醚化改性,以加快其反应速度和提高其反应产率,并改善其应用性能。主要研究内容和结果如下:一、超声辅助强化羟丙基壳聚糖合成的研究研究超声场辅助强化羟丙基壳聚糖(HPCS)的合成,包括超声功率、超声处理时间、反应物配比、反应温度、反应体系的酸度等对反应的影响,并对产物的结构进行表征。研究表明,采用超声波技术加快了羟丙基壳聚糖的合成,可减少环氧丙烷和催化剂的用量,其优化条件为:环氧丙烷、催化剂与壳聚糖的量比为10ml:0.8ml:1g,反应温度为60℃-70℃,超声时间为3h,超声功率为120kW,得率和取代度分别提高13.6%和12.9%。研究为壳聚糖衍生物的高效合成开辟了新途径。二、磁场强化羟丙基壳聚糖的抑菌效果的初探将磁场处理技术引入到羟丙基壳聚糖抑菌性能的研究。研究羟丙基壳聚糖对金黄色葡萄球菌的抑菌性能;分析恒定磁场对羟丙基壳聚糖的抑菌作用、最小抑菌浓度的影响。结果表明:经场强为400kA/m的磁场处理后,HPCS抑制金黄色葡萄球菌的活性增强了,其最低抑菌浓度降低了近一半;HPCS抑制金黄色葡萄球菌活性明显大于CS;而且抑制作用随着抑菌剂浓度的增加而增强。磁处理增强羟丙基壳聚糖抑菌性能的结果提示可开拓出一个磁处理辅助强化壳聚糖衍生物作为新型高效抑菌剂的新领域。三、羟丙基壳聚糖对金属离子的吸附性能及其磁场处理强化在羟丙基壳聚糖的吸附性能研究中引入磁场辅助处理技术。研究磁场作用下羟丙基壳聚糖对Cr(VI)、Cu(II)、Ni(II)三种金属离子的吸附过程,探讨了磁场作用下磁场强度、金属离子溶液的酸度和初始浓度对羟丙基壳聚糖吸附Cr(VI)、Cu(II)、Ni(II)的影响。结果表明,吸附量随磁场强度的增加而增加,而金属离子溶液的酸度和初始浓度对于吸附效果存在一个较佳的值。研究揭示了适当的磁场处理对羟丙基壳聚糖吸附金属离子性能的强化作用。四、交联羟丙基壳聚糖对Cr(VI)的吸附性能及其结构分析为了改善羟丙基壳聚糖对Cr(VI)的吸附能力,利用戊二醛交联制备了交联化羟丙基壳聚糖(C-HPCS)。研究发现C-HPCS的吸附能力比未交联的HPCS明显增强,吸附量由0.498mg/g增至1.387mg/g。对于饱和吸附Cr(VI)的C-HPCS溶液,以NaOH为脱附剂处理,脱附率可达83%。脱附后的C-HPCS对Cr(VI)的再吸附能力仍可达0.85mg/g。此外,通过XRD和SEM对C-HPCS吸附Cr(VI)前后的结晶性质和表面形态的分析可知,C-HPCS对Cr(VI)的吸附会导致C-HPCS结构发生较大变化。