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本论文以废弃物甲壳素为原料,利用过氧化氢降解壳聚糖制备得到壳寡糖,探讨了壳寡糖对锌离子及亚铁离子的吸附机理和吸附动力学,研究了壳寡糖-锌/亚铁配合物在不同pH环境下的释放以及对尿素的吸附。发现壳寡糖-锌/亚铁配合物具有良好的金属离子释放能力,有望用做人体微量元素铁、锌的补给剂;将壳寡糖-锌/亚铁配合物作为新型尿素吸附材料具有吸附容量大,吸附效果好,选择吸附性高,不吸附钾、钠、钙等离子,不会影响人体内正常的离子平衡,主要原料壳聚糖价格低廉等优点,具有良好的生物活性和医药价值。因此,壳寡糖-锌/亚铁配合物具有重要的研究意义和实际应用价值。
(1)研究了H2O2法制备壳寡糖;考察了H2O2的用量、温度、降解时间、乙酸浓度及乙酸用量对降解效果的影响;对所得的壳寡糖进行了红外及元素分析的表征;初步探讨了降解的反应机理。根据实验结果可以得知,当乙酸(2%):壳聚糖:H2O2(V:M:V)=25:1:3,在70℃下反应1.5h,得到的淡黄色壳寡糖产品,其聚合度为6,平均相对分子质量为984,产率为75%;所得的壳寡糖有很好的水溶性;推测出壳聚糖的氧化降解主要由C1-O-C4键断裂引起,其化学表达式为(C6H11NO4)6。
(2)合成了壳寡糖-锌/亚铁配合物,研究了配合物的理化性质,并运用紫外光谱、红外光谱、元素分析等对配合物进行了表征;研究了壳寡糖对Fe2+和Zn2+的吸附行为及其吸附动力学特性。研究结果表明:随壳寡糖用量的增加,壳寡糖对Fe2+和Zn2+的吸附率增大,当壳寡糖的量达到1.00/0.70mg时,对锌/亚铁吸附达到平衡;当Zn2+/Fe2+初始浓度为0.100/0.055(mg/m1L)时,吸附量最大;pH值为5.0/1.8时COS对Zn2+/Fe2+吸附最好。壳寡糖-锌配合物在25、30、40、50℃时的Qmax分别为625.00、666.67、714.29、769.23mg/g,一级吸附速率常数分别为0.415、0.309、0.284、0.426h-1;壳寡糖-亚铁配合物在25、30、40、50℃时的Qmax分别为333.33、344.83、357.14、384.61 mg/g,一级吸附速率常数分别为0.482、0.786、0.468、0.774 h-1。光谱分析的结果表明壳寡糖与两种金属离子之间确实发生了配位反应;壳寡糖中主要是-NH2和-OH参与了与金属离子的配位,部分乙酰氨基也参与了配位。其吸附符合Longmuir提出的单分子层吸附等温式。
(3)研究了壳寡糖-锌/亚铁配合物在不同pH环境下的释放以及对尿素的吸附。发现两种配合物在pH为1~5之间,金属离子的释放率均在80%以上;在尿素初始浓度为2.0mg/mL,pH为6.5,常温下反应3h后,壳寡糖-锌配合物对尿素的吸附量为88.21mg/g;在尿素初始浓度为2.0mg/mL,pH为5.5,常温下反应3h后,壳寡糖-亚铁配合物对尿素的吸附量为68.78mg/g。研究结果表明壳寡糖锌和亚铁配合物在人体胃酸的pH正常波动范围内都具有较高的释放出游离金属离子的能力。通过比较,发现壳寡糖-锌/亚铁配合物作为新型尿素吸附材料具有许多优点,其吸附容量大,吸附效果好,选择吸附性高;不吸附钾、钠、钙等离子,不会影响人体内正常的离子平衡;主要原料壳聚糖价格低廉,具有良好的生物活性和医药价值。