论文部分内容阅读
低分子量壳聚糖因其独特的生理活性和功能特性广泛应用于医药、食品、农业、化妆品等领域。然而自然界中获取的壳聚糖分子量往往较高,这极大限制了其应用。因此,研究壳聚糖降解具有重要的意义。目前,降解壳聚糖一般采用低沸点酸性物质(如盐酸、醋酸等)处理,污染环境,回收困难,迫切需要污染环境小、回收方便,能够替代低沸点酸性物质的环境友好型溶剂,真正实现绿色降解壳聚糖。氨基酸离子液体(AAILs)以天然氨基酸为原料,能够较好地溶解极性或非极性高分子材料,液态范围宽,导电率高,无污染,可循环使用,被誉为环境友好绿色溶剂。本文尝试采用钛基氧化钌(Ti/TiO2-RuO2)电极在甘氨酸盐酸盐[Gly]Cl离子液体溶液体系下对壳聚糖进行电催化降解,利用氨基酸离子液体溶解高分子材料及较高离子导电率等性能,试图代替低沸点酸性物质,真正实现绿色制备低分子量壳聚糖。探讨了不同因素对降解效果的影响,分析了降解前后产物的结构变化,研究了电催化降解壳聚糖反应的动力学及作用机理。同时,对离子液体重复使用性进行了研究。本文主要研究结论如下：(1)在[Gly]CI离子液体溶液体系下电催化降解壳聚糖反应后,分子量得到明显降低。降解效果随电流密度、反应温度、原料粘均分子量的增大而提高,随壳聚糖初始浓度的增大而降低,随离子液体浓度的增加先降低后不变；降解反应基本不改变壳聚糖的主链结构和脱乙酰度,只在其端基处生成羰基或羧基；降解产物的结晶度及热稳定性与原料相比有所降低；回收的离子液体重复3次仍能用于壳聚糖降解,有效实现循环使用；(2)在[Gly]Cl离子液体溶液体系下电催化降解壳聚糖反应符合零级反应动力学；电催化降解的反应活化能(Ea=19.1kJ/mol)明显低于H202降解(Ea=88.5 kJ/mol)和亚硝酸水解(Ea=87.1kJ/mol);降解反应的表观速率常数(S)随电流密度(i)及反应温度(T)的增大而提高,随壳聚糖初始浓度(Ccs)的增大而减小,随离子液体浓度(c)的增大先增大后减小；(3)结合FT-IR和UV的表征结果,初步推测在AAILs溶液体系下电催化降解壳聚糖的反应机理为：电极表面生成的活性物种(如羟基自由基MOx[·OH])攻击壳聚糖主链的p-(1,4)糖苷键,使其断链降解。