氨基甲酸酯系淀粉衍生物的合成与应用

论文摘要

氨基甲酸淀粉酯（Starch carbamate）是通过尿素与淀粉的固相反应制备的,氨基的引入使该产品具有特定的性能。本文选用低毒的氯化铵作为催化剂,与传统的氯化铜相比大大提高了产品的取代度和尿素的反应效率,为这种价格低廉改性淀粉的工业化生产及应用创造了条件。通过正交实验优化了合成条件,并指出微量水对反应有重要影响。 磷酸淀粉酯用途广泛,但是用正磷酸盐作为酯化试剂通过半干法制备磷酸淀粉酯的工艺存在反应效率低、过程产生污染等缺点。本文采用价廉低毒的磷酸、尿素与淀粉通过固相反应制备了磷酸-氨基甲酸淀粉酯（Starch phosphate-carbamate）,该法具有制备工艺简单绿色、磷酸反应效率高、容易制备高取代产品等优点。通过调节磷酸、尿素与淀粉三之间的比例,可以控制产品磷酸酯基的取代度在0～1.2、氨基甲酸酯基取代度在0～0.4之间变化;当磷酸酯基的取代度在0～0.7范围内变化时磷酸的反应效率均高于95%。采用红外、核磁共振波谱、电镜等分析方法对产品进行了表征。 建立了离子交换法分析磷酸-氨基甲酸淀粉酯中氮元素的存在方式。产品中氮元素以氨基与铵盐两种方式存在,但是未见文献详细研究这种差别,传统一般采用总的氮含量来表示。通过氢型阳离子交换树脂与磷酸-氨基甲酸淀粉酯中的铵根离子进行交换,再结合凯氏定氮法可分别对两部分氮元素定量。合成出氨基甲酸淀粉酯、磷酸淀粉酯对这种分析方法进行了证明,结果表明该法是一个通用可行的分析方法。该法的建立为准确获得此类淀粉衍生物的活性基团含量奠定了基础。 设计并合成出交联磷酸-氨基甲酸淀粉酯（CSPC）吸附剂,并详细研究其对重金属离子Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）的吸附。吸附是吸热且自发发生的,并遵循Langmuir等温吸附;以Pb（Ⅱ）在CSPC上的吸附平衡数据总结评价了研究固体吸附剂在溶液中吸附热力学的方法,这为吸附热力学研究方法的选择提供了理论依据;通过红外光谱、扫描电镜等分析手段对吸附前后的吸附剂进行了表征,并对吸附机理进行了探讨;通过考察CSPC反复利用性的实验表明,该吸附剂具有很高的解吸率和很强的重复利用性。CSPC与文献报道的吸附剂相比吸附量大、吸附速度快,是一种工业化应用前景良好的重金属离子吸附剂。 分别用原淀粉、氧化淀粉和酸解淀粉制备出氨基甲酸淀粉酯,并研究其对于高岭土悬浮液的絮凝应用。结果表明:絮凝效果随着取代度升高而增强,随着浊液离子强度的升高而降低;在pH值为6时取得了最佳的絮凝效果。氨基甲酸淀粉酯原料便宜易得、合成工艺简单、絮凝效果良好,是一种很有前途的絮凝剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 淀粉和变性淀粉
• 1.1.1 淀粉
• 1.1.2 变性淀粉
• 1.2 磷酸-氨基甲酸淀粉酯研究进展
• 1.2.1 氨基甲酸淀粉酯研究进展
• 1.2.2 磷酸淀粉酯研究进展
• 1.2.3 磷酸-氨基甲酸淀粉酯研究进展
• 1.3 淀粉基重金属离子吸附剂研究进展
• 1.3.1 重金属废水危害及处理
• 1.3.2 吸附剂概述
• 1.3.3 淀粉基重金属离子吸附剂
• 1.4 淀粉基絮凝剂研究进展
• 1.4.1 絮凝概述
• 1.4.2 天然高分子絮凝剂
• 1.4.3 淀粉基絮凝剂
• 1.5 本论文的设计思想
• 2 氨基甲酸淀粉酯的合成与分析
• 2.1 引言
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 淀粉与尿素反应机理探讨
• 2.2.2 催化剂的选择
• 2.2.3 正交实验优化合成条件
• 2.2.4 固相合成氨基甲酸淀粉酯影响因素的研究
• 2.2.5 氨基甲酸淀粉酯的红外光谱表征
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 药品和仪器
• 2.3.2 制备与分析
• 2.4 结论
• 3 磷酸-氨基甲酸淀粉酯的合成与分析
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 磷酸、尿素与淀粉固相合成磷酸-氨基甲酸淀粉酯反应机理的推测
• 3.2.2 固相合成磷酸-氨基甲酸淀粉酯影响因素的研究
• 3.2.3 不同取代度的磷酸-氨基甲酸淀粉酯的制备
• 3.2.4 离子交换法分析磷酸-氨基甲酸淀粉酯中氮元素存在方式的研究
• 3.2.5 磷酸-氨基甲酸淀粉酯的结构表征
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 药品和仪器
• 3.3.2 制备与分析
• 3.4 结论
• 4 交联磷酸-氨基甲酸淀粉酯对Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）吸附应用
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 离子吸附法原理概述
• 4.2.2 重金属离子吸附剂的定制
• 4.2.3 交联磷酸-氨基甲酸淀粉酯吸附Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）影响因素的研究
• 4.2.4 Langmuir吸附等温线拟合
• 4.2.5 吸附热力学研究
• 4.2.6 吸附剂的循环利用
• 4.2.7 CSPC与其他吸附剂的比较
• 4.2.8 交联磷酸-氨基甲酸淀粉酯在吸附重金属离子前后的表征
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 药品和仪器
• 4.3.2 制备与分析
• 4.4 结论
• 5 氨基甲酸淀粉酯絮凝应用研究
• 5.1 引言
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 絮凝机理
• 5.2.2 氨基甲酸淀粉酯絮凝高岭土悬浮液影响因素的研究
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 药品和仪器
• 5.3.2 制备与分析
• 5.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 博士论文创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书