电喷环糊精/海藻酸钙复合材料在硫化染料印染废水净化中的应用研究开题报告

 2023-06-27 08:48:23
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1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

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1 实验原料的概况1.1 β-环糊精 β-环糊精具有7个葡萄糖分子,是从淀粉中产生的环状低聚糖。

由于其空腔尺寸适中的特性常被当作宿主分子,与其他物质形成包合物。

环糊精包合物是一种分子复合体,由环糊精分子和插入其空腔的其他分子两部分组成,其中环糊精为主体分子,被容纳或插入的分子为客体分子。

β-环糊精的水溶性低、口服毒性小,易与有机溶剂形成包合物,且由于它的成本低,所以是医药、及其他领域中最常用的主体分子[1]。

1.1.1 β-环糊精的发展自1891年法国化学家Villiers发现环糊精至今,环糊精已经广泛运用于医药、化工、材料和食品等领域。

这百年来关于环糊精的研究逐渐深入并与一开始的认知发生了大量的变化。

从实验偶然获得到人们发现并认知这种物质用了40年左右,Villiers在酶的消化液中分离出3g结晶物,并确定了它的化学组成为(C6H10O5)3H2O,这是环糊精的首次发现报道。

12年后,Schardinger在一次处理防止食物腐败的研究过程中,偶然发现了两种由淀粉被菌株消化后产生的晶化物,这与法国化学家发现的被确认是同一种物质。

上世纪30到70年代,进入了环糊精和其包结行为的系统研究阶段。

在接下来的研究中,许多化学家对环糊精的物理性质进行了一系列分析,指出可能存在更大环状结构的环糊精分子以及证实了环糊精可以与很多有机分子形成复合体[2]。

经过长期对环糊精研究和发展,人们开始意识到其在工业领域潜在的应用能力。

α-环糊精空间内径较小,所以一般包埋的目标分子也较小,如丙烷等分子;γ-环糊精空间内径较大,得以包埋较大的目标分子,如有机大环类化合物等,不够其应用成本较高,只有有特殊要求的产品才会考虑。

一般实验所用系β-环糊精。

但由于当时缺乏毒理学的认识,French等人在检测环糊精的毒性时,实验小白鼠的死亡导致大家得出环糊精有毒的错误结论,这使得环糊精产品的应用受阻。

直至20世纪70年代初期,权威的机构出示了环糊精毒理学的研究报告,证明了环糊精是无毒的,并确定了环糊精的准确结构,这使得环糊精的工业化生产和应用进入了高速发展阶段。

在之后的二十多年的时间里,有关环糊精的研究报道的论 文和专利达到万余篇,并且随着生产技术和工艺的提升,环糊精的售价从最初的2000美元每千克降到几美元一千克。

如今,环糊精已成为继冠醚之后超分子化学研究中最重要的主体之一。

图1-1 β-环糊精的分子结构1.1.2 β-环糊精的应用优势环糊精在过去几年中由于几个相关的优势而受到了广泛的关注。

首先,环糊精分子是通过酶对淀粉的作用形成的聚合物,目前可以从天然资源以低价合成。

其次,羟基的存在及其明确的结构使其具有高反应活性和对不同染料的出色选择性。

再次,由于其化学稳定性,可以在饱和后进行再生和再就是利用。

最后,它是可生物降解和可再生的。

因此它们不会造成进一步的污染。

因此,在使用水处理之前,必须先将其溶解在不溶性基质上或进行交联[12]。

1.2 海藻酸钙海藻酸是一种由藻类植物中提取的聚合物,每个糖醛酸单元上都有一个羧基, 因此海藻酸在中性或碱性条件下与阴离子电解质的性质较为相似。

海藻酸中最常见的是海藻酸钠,海藻酸钠较为完整的具有海藻酸的特性,因此可以与多价阳离子结合成特殊的空腔凝胶,但实用效果不明显。

因为海藻酸钠的凝胶制备难以控制,所以一般尝试将海藻酸钠与氯化钙结合制成海藻酸钙。

海藻酸钙的性质比海藻酸钠稳定,更方便作为吸附剂的研究。

海藻酸钙的微球可以在一定浓度与配比下保持大小相对匀称,且稳定性与机械强度有显著的提升。

图1-2 海藻酸钠的化学结构1.2.2 海藻酸钙的应用海藻酸钙涉及多重领域的应用。

其中最为广泛的应用领域为食品工业,被用作稳定剂和乳化剂。

海藻酸盐具有高的产色量和均染性,在纺织品和印刷工业中被用作稀释剂。

在制药行业可作为药物的赋形剂,还可作为压印模材料和绷带。

作为生物材料,海藻酸钠具有若干优点,包括生物相容性、无致免疫性,凝胶行为温和,这些都可能与其亲水性有关。

但是其凝胶材料也有一些缺点,包括较难控制的凝胶降解行为,哺乳动物体内的酶不能自然将其降解;要负载的细胞不能自然的黏附在海藻酸钠之上等。

海藻酸纤维材料在断裂强度、耐碱性等方面也还需要加强。

2 实验技术支撑2.1 静电喷雾技术近年来,高压静电喷雾技术获得了广泛的关注,高压静电喷雾是利用高压电场将液体分散成气溶胶的过程。

相比于其他的雾化干燥技术,高压静电雾化技术最突出的优点是制备过程中雾滴是高度荷电的,库伦斥力阻止了液滴的凝聚,所以比较容易制备粒度分布较窄的微球。

研究表明,静电喷雾技术制备的微球粒径均、结构形态可控,具有易实现功能化的优点,还可避免传统方法大量使用有机溶剂和乳化剂的问题,是一种简单高效、绿色环保的高分子微球成型方法。

3 应用对象3.1 硫化染料印染废水硫化染料由于低廉的成本广泛应用于纺织纤维材料及其共混纤维素纤维与合成纤维的染色。

研究表明,硫化染料占纤维素纤维的染色染料一半以上,其中约 80%是黑色的硫化染料。

其主要原料为苯系、萘系、苯胺、联苯胺、偶氮苯、萘系和蒽醌类化合物,这些物质具有稳定的复杂芳香分子结构,很难以生物降解。

硫化钠是一种传统的廉价的还原剂,广泛用于硫化染料,10%~40% 的硫化染料在染色过程中会丢失在废水中,产生的废水含有高浓度硫化物和硫代硫酸钠等有毒物质。

在缺氧环境中,硫化染料分子会裂解为致癌、致畸和致突变的有机物,给环境带来严重污染[5]。

3.2 硫化染料印染废水的处理印染加工的四个工序都要排出废水,预处理阶段(包括烧毛。

退浆、煮炼、漂白、丝光等工序)要排出退浆废水、煮炼废水、漂白废水和丝光废水,染色工序排出染色废水,印花工序排出印花废水和皂液废水,整理工序则排出整理废水。

印染废水是以上各类废水的混合废水、或除漂白废水以外的综合废水,因此,具有水量大、成分复杂多变、色度大、COD高、毒性强等特点,属于较难处理的工业废水之一,废水中含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、无机盐等,其中,未被织物附着的过量染料是导致印染废水色度大的直接原因。

目前,印染废水处理的方法有物理法、化学法和生物法,在物理处理法中应用最多的就是吸附法。

吸附处理使用的吸附剂多种多样,工程中尤其需要考虑吸附剂对染料的选择性,应根据废水水质来选择吸附剂。

国内研究应用活性硅藻土和煤渣处理传统印染工艺废水,费用较低,脱色效果较好,但其缺点是泥渣产生量大,且进一步处理难度大。

因此,寻找到脱色效果优良、对不同类型染料具有普适性,同时又能够循环再生使用的吸附剂,是印染废水净化研究中的重要课题。

本实验利用海藻酸钙复合材料的优点,而环糊精的吸附包裹能力给予原海藻酸钙材料更多的应用可能性。

参考文献:[1]任敏,孙希阳,贺丰洋.β-环糊精包合物的研究进展[J].山东化工,2020,49(18):77-78.[2]李仲谨,韩春鹏,杨威,等.β-环糊精聚合物微球对Pb2 的吸附性能研究[J].食品科技,2010,35(10):244-247[3]薛聪,胡影影,黄争鸣,等.静电纺丝原理研究进展[J].高分子通报,2009,08(06):38-47. [4]周瑜芳,李亚,甄卫军,等.环糊精与聚合物包合物的制备性能及应用[J].塑料科技,2016,44 (08):97-101[5]聂发辉,刘荣荣,周永新,等.硫化染料废水处理技术的研究进展[J].现代化工,2015,35(12):24-29[6]张环,李爽爽,魏俊富,等.Fe/海藻酸钙微球还原-Fenton氧化协同降解酸性红B[J].环境科学,2019,40(02):708-716[7]石启英,杨威,李仲谨,等.阴离子β-环糊精聚合物微球的合成及其吸附性能研究[J].化工新型材料,2011,(02):50-52,74[8]迟长龙,王娜,陆静雅,等.PAN/β-CD复合纳米纤维膜的制备及吸附性能研究[J].合成纤维工业,2017,(01):42-45,49[9]张娓华,刘呈坤,孙润军,等.静电纺参数对纳米纤维直径及定向性的影响[J].合成纤维,2011,(01):39-42[10]丁绍兰,陈旭婷,汪晶.Fenton氧化及微电解处理染料废水的可生化性研究[J].中国皮革,2013,42(19):1-6[11]Wang Hai-yang, Jian Guo-qiang, Egan GC.Assembly and reactive properties of Al /CuO based nanothermite microparticles[J]. Combustion and flame,2014,(161):2203-2208[12]Jos A. Pellicer, et al. Adsorption properties of β-and hydroxypropyl-β-cyclodextrins cross-linked with epichlorohydrin in aqueous solution: a sustainable recycling strategy in textile dyeing process[J]. Polymers,2019,11(2):252[13]Lajos Szente, et al. Cyclodextrin-enabled polymer composites for packaging[J]. Molecules,2018,23(7):1556[14]K. Venkata Ramana Reddy, et al. Alginate microspheres: the innovative approaches to production of the microbeads/micro-particles[J]. Drug delivery 透射百分比,T%。

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