论文部分内容阅读
脉冲放电等离子体是一种新型高级氧化技术,本课题组已在前期研究中证明该技术对壳聚糖具有显著降解作用。同时,壳聚糖分子链稳定性与其分子量直接相关,相关研究表明,壳聚糖原料分子量不同导致其降解过程呈现不同的趋势。因此,研究壳聚糖原料分子量对壳聚糖脉冲放电等离子体降解过程的影响具有一定的实际意义。基于以上原因,本论文以脉冲放电等离子体为处理技术,黏均分子量分别为727.4(LMWC)、2038.6(MMWC)、4201.5(HMWC)kDa的三种壳聚糖为降解对象,进行不同分子量壳聚糖降解工艺研究及动力学分析,探究壳聚糖原料分子量与脉冲放电等离子体降解效果的关系,并通过对不同分子量壳聚糖的降解产物进行理化性质、结构表征研究,分析分子量对壳聚糖脉冲放电等离子体降解产物特性的影响。主要研究如下:(1)以壳聚糖特性黏度及降解率为指标,进行降解工艺研究及其动力学分析,并确定最适降解条件。降解工艺研究结果表明:极板间距与壳聚糖原料的降解率呈负相关性。随极板间距的减小,LMWC特性黏度降低和降解率升高程度最弱,降解效果最低。在极板间距2-8 mm变化区间内,随壳聚糖原料分子量的升高,降解效果越好,降解效果升高程度越显著,降解效果变化差异越小。综合以上,确定极板间距2 mm、6 mm和降解时间60min为利于后期研究的最适降解工艺条件。进一步进行降解效果动力学分析,发现不同分子量壳聚糖的降解速率和极板间距呈负相关性。同时,LMWC降低程度要高于HMWC,进一步验证HMWC更易降解。而在相同极板间距条件下,随壳聚糖原料分子量降低,越难被降解,只有在降解作用足够强时,才能对LMWC产生有效降解作用。LMWC的降解速率显著高于MMWC和HMWC,而MMWC和HMWC降解速率较为接近。(2)在最适降解工艺条件下,制备不同分子量壳聚糖原料的降解产物,以流变特性、抗氧化活性、热特性、溶解性为指标,研究降解处理对降解产物理化特性及抗氧化活性的影响,探究分子量对壳聚糖脉冲放电等离子体降解产物理化特性及抗氧化活性的影响。试验结果表明:降解处理降低了壳聚糖的表观黏度、损耗模量、热稳定性;提高了壳聚糖的抗氧化活性和溶解性;对LMWC、MMWC的储能模量无明显影响,降低了HMWC的储能模量。此外,壳聚糖原料分子量对不同的理化特性的影响表现出差异性,但总体遵循降解效果影响规律。流变学特性研究结果表明:对于LMWC,在极板间距2 mm时的表观黏度低于极板间距6 mm时;MMWC、HMWC在极板间距6 mm时的表观黏度更低。在极板间距2 mm时,壳聚糖原料分子量与其表观黏度呈正相关性;在极板间距6 mm时,HMWC、MMWC的影响趋势相同,LMWC的表观黏度反而高于了MMWC。在相同极板间距条件下,壳聚糖原料分子量对降解产物的储能模量和损耗模量无明显影响。对于LMWC、MMWC,极板间距2 mm时损耗模量下降程度要大于6 mm时;对于HMWC,在极板间距2 mm和6 mm时的影响几乎相同。抗氧化活性研究结果表明:对于LMWC、MMWC,在极板间距2 mm时对抗氧化活性的促进作用要高于6 mm时,对于HMWC,在极板间距6 mm时的促进作用更强;在极板间距2 mm时,降解产物抗氧化活性与其原料分子量呈负相关性;在极板间距6 mm时,降解产物抗氧化活性与其原料分子量呈正相关性。热特性研究结果表明:对于LMWC、HMWC,极板间距对降解产物热稳定性的影响不大;对于MMWC,在极板间距6 mm时热稳定性下降更显著。在极板间距2 mm时,降解产物热稳定性与其原料分子量呈负相关性;在极板间距6 mm时,LMWC和MMWC降解产物也呈负相关性,而HMWC降解产物的热稳定性反而高于MMWC。溶解性研究结果表明:LMWC、MMWC在极板间距2 mm时溶解性更好,而HMWC在极板间距6 mm时溶解性更好。在相同极板间距条件下,降解产物的溶解性与其原料分子量呈正相关性。(3)在最适降解工艺条件下,制备不同分子量壳聚糖原料的降解产物,对降解产物进行FTIR、NMR、XRD、MALDI-TOF-MS、激光粒度分析,研究分子量对壳聚糖脉冲放电等离子体降解产物结构表征的影响。试验结果表明:降解处理对壳聚糖主要分子结构影响不大。同时,FTIR结果表明:对于1598-1640 cm-1范围内的-NH2、-NH和酰胺I特征吸收峰,LMWC和MMWC降解产物随极板间距减小,影响越显著;HMWC降解产物在极板间距6mm时影响程度更大。在极板间距2mm时,对于1615-1639 cm-1范围内的-NH和酰胺I特征吸收峰,随壳聚糖原料分子量降低,影响越显著。但在极板间距6 mm时,HMWC降解产物的影响程度要高于LMWC和MMWC。NMR结果表明:降解处理使壳聚糖的H2质子峰减弱,H7质子峰增强。并且在极板间距6 mm时的影响程度要高于极板间距2 mm时。在相同极板间距条件下,H7质子峰随壳聚糖原料分子量升高而增强,且对于HMWC的影响更显著。XRD结果表明:降解处理破坏了壳聚糖的晶体结构,壳聚糖结晶度下降。对于LMWC和HMWC,随极板间距减小,影响越显著。而对于MMWC,极板间距6mm影响程度要高于2mm。激光粒度分析结果表明:降解处理后降解产物平均粒径降低。对于MMWC,极板间距2mm的降低程度高于6mm;对于HMWC,极板间距6 mm时更低。MALDI-TOF-MS结果表明,壳聚糖原料分子量对在极板间距2 mm、6 mm条件下降解处理180 min的降解产物的分子组成和整体趋势无显著影响。由以上结论可得出,壳聚糖原料分子量对脉冲放电等离子体降解有显著影响,且具有一定的特性规律。