單分散性殼聚糖微球的制備及其對(duì)Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

1、,單分散性殼聚糖微球的制備及其對(duì)Cr（）吸附性能的實(shí)驗(yàn)研究,北京化工大學(xué),指導(dǎo)老師：劉君騰 副教授 組長(zhǎng)：李澤洲 組員：于杰平、周遨,1、文獻(xiàn)綜述 2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3、實(shí)驗(yàn)與方法 3.1 實(shí)驗(yàn)原理、材料及裝置 3.2 實(shí)驗(yàn)方法 4、結(jié)果與討論 4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球； 4.2 殼聚糖微球?qū)r()吸附性能的實(shí)驗(yàn)研究； 5、結(jié)論,內(nèi)容提要,可生物降解聚合物微球的研究日益受到醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域的重視；而傳統(tǒng)方法制備的微球單分散性差，形狀不規(guī)則； 含鉻廢水對(duì)人體健康以及生態(tài)環(huán)境都有著極大的危害。治理鉻污染受到人們的普遍重視。,1、文獻(xiàn)綜述,殼聚糖（chitosan）是由甲殼素（

2、chitin）經(jīng)脫乙酰化反應(yīng)而得，具有良好的生物可降解性、生物相容性，且無(wú)毒害等。 殼聚糖大分子中有活潑的羥基和氨基，特定條件下可生成各種具有不同性能的殼聚糖衍生物，已得到廣泛應(yīng)用。,1、文獻(xiàn)綜述,傳統(tǒng)微球制備方法 乳化-交聯(lián)法 乳化-溶劑蒸發(fā)法 單凝聚法 復(fù)凝聚法 噴霧干燥法,缺點(diǎn) 尺寸不均一 制備效率低 重復(fù)性差 形態(tài)、大小難以控制,1、文獻(xiàn)綜述,利用微通道裝置制備出的微球粒徑均一、可控，單分散性好。,1、文獻(xiàn)綜述,傳統(tǒng)鉻廢水處理方法 離子交換法 還原沉淀法 電解法,缺點(diǎn) 耗鹽量大 二次污染 成本高,1、文獻(xiàn)綜述,2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖：,實(shí)驗(yàn)原理： 微尺度下，影響流體流動(dòng)和分散的主

3、要作用力包括粘性力、慣性力和界面張力。其中，界面張力和粘性力起著重要作用。 微通道中液滴的形成主要由界面張力和連續(xù)相剪切力的競(jìng)爭(zhēng)決定。,表征方法： 1）w/o液滴尺寸的測(cè)定；2）微球形態(tài)的觀察,3.1 實(shí)驗(yàn)原理、材料及裝置,實(shí)驗(yàn)裝置：,實(shí)驗(yàn)原理： 天然高分子殼聚糖因其分子結(jié)構(gòu)上氨基、羥基在酸性條件下能與金屬離子形成配位鍵而具有極強(qiáng)的螯合能力。 檢測(cè)指標(biāo)： 取不同時(shí)間的樣液稀釋1000背后測(cè)其分光度值,3.1 實(shí)驗(yàn)原理、材料及裝置,1）W/O液滴的制備 以濃度1%w/v的殼聚糖醋酸溶液作為水相，以加入一定量Span80的液體石蠟溶液作為油相，分別將油相和水相裝入相應(yīng)的注射器中，用恒流泵控制兩相流

4、量，得到單分散性殼聚糖W/O液滴。 2）殼聚糖凝膠的制備 將W/O液滴收集到1mol/L的NaOH溶液中，兩相分離，液滴進(jìn)入水相并迅速固化，將溶液倒入分液漏斗中靜置2小時(shí)后取出微球，用去離子水清洗微球至NaOH洗凈。 3）交聯(lián)固化 將25%v/v的戊二醛水溶液倒入殼聚糖凝膠微球中，進(jìn)行交聯(lián)固化45h，取微球并洗凈，常溫干燥，制得成品。,3.2 實(shí)驗(yàn)方法,1）殼聚糖微球以及Cr()溶液的配制： 運(yùn)用滴加成球法制備出一批殼聚糖微球作為吸附劑；取C(Cr2O7) =10000mg/L的溶液10ml稀釋至100ml，所得溶液作為待吸附溶液。 2）吸附反應(yīng)以及待測(cè)樣液的采集： 取潔凈干燥的500ml錐形

5、瓶，將10ml（殼聚糖溶液體積）微球以及100ml待吸附溶液加入錐形瓶中，用保險(xiǎn)膜封好后立刻放入恒溫振蕩箱中，分別在10min、20min、30min、60min、120min、180min時(shí)刻取樣12ml，將樣液移入膠管中并編號(hào)。注意：每次取樣后應(yīng)調(diào)節(jié)溶液PH。 3）待測(cè)樣液分光度的測(cè)定： 將所得樣液稀釋1000倍后加入2.5ml顯色劑（二苯碳酰二肼），于UV-VIS測(cè)定其分光度（=540nm）。,3.2 實(shí)驗(yàn)方法,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,流型的研究-液-液兩相流型的考察 流型的研究-乳化劑用量的考察 流型的研究-流型圖的考察 液滴尺寸的影響因素-兩相流量的影響 液滴尺寸

6、的影響因素-殼聚糖濃度的影響 殼聚糖微球的表征,流型的研究-液-液兩相流型的考察 通過(guò)選擇注射器型號(hào)，調(diào)控兩相流量，在微通道中得到不同流型：,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,液滴流,（液滴）射流,液柱流,平行流,圖一 兩相流量對(duì)兩相流型的影響,流型的研究-乳化劑用量的考察,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,以0.5%(w/v)殼聚糖醋酸溶液為分散相，在液體石蠟中加入Span80作為連續(xù)相，固定兩相流量比為1:1，流量控制為26uL/min,圖2. 兩相流型隨Span80濃度的變化 （a. 不加Span80；b. CSpan80=0.001%w/w；c. CSpan80=0

7、.003%w/w； d. CSpan80=0.005%w/w；e. CSpan80=0.02%w/w；f.CSpan80=0.05%w/w）,流型的研究-流型圖的考察 以0.5%(w/v)殼聚糖醋酸溶液為分散相，在液體石蠟中加入Span80作為連續(xù)相，調(diào)控兩相流量比：,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,圖3. T型微通道中液-液兩相流型圖（CSpan80=0.006%w/w）,液滴尺寸的影響因素-兩相流量的影響 連續(xù)相為含有0.109%w/w Span80的液體石蠟，分散相為0.5%w/v殼聚糖醋酸溶液，固定Qc:Qd=38:1,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,圖4. 液

8、滴直徑隨總流量的變化 （a. Qc:Qd=500L/min:13L/min；b. Qc:Qd=1000L/min:26L/min； c. Qc:Qd=2033L/min:53L/min；d. Qc:Qd=4066L/min:107L/min）,液滴尺寸的影響因素-兩相流量的影響 連續(xù)相為含有0.109%w/w Span80的液體石蠟，分散相為0.5%w/v殼聚糖醋酸溶液，固定水相流量為53L/min，改變油相流量,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,圖5. 液滴直徑隨兩相流量的變化 （a. Qc:Qd=355L/min:53L/min；b. Qc:Qd=536L/min:53L/min

9、； c. Qc:Qd=968L/min:53L/min；d. Qc:Qd=2033L/min:53L/min）,液滴尺寸的影響因素-殼聚糖濃度的影響 連續(xù)相為含有0.109%w/w Span80的液體石蠟，分散相為一定濃度殼聚糖醋酸溶液，固定Qc:Qd=18:1,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,圖7. 液滴直徑隨殼聚糖濃度的變化,殼聚糖微球的表征 將25%v/v的戊二醛水溶液倒入殼聚糖凝膠微球中，進(jìn)行交聯(lián)固化，并離心。由激光粒度儀對(duì)殼聚糖微球粒度進(jìn)行分析。,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,圖8.殼聚糖微球的粒徑分布,粒度分析報(bào)告得出平均粒徑dAV為459.5m。,殼聚糖

10、微球的表征 制備的液滴直徑約為450m，交聯(lián)過(guò)程中有一定溶脹，戊二醛溶液中的微球如圖9所示；常溫干燥后的微球粒徑約為130m，電鏡照片如圖10所示：,4.1 T型微通道法制備單分散性殼聚糖微球,圖9. 經(jīng)過(guò)固化后的微球,圖10. 交聯(lián)后干球電鏡照片,實(shí)驗(yàn)條件：Cr()：100ml，1000mg/L; 溫度：24.5-25.5 殼聚糖濃度3%;HCL:1mol/L;振蕩速率：150r/min,4.2 殼聚糖微球?qū)r()吸附性能的實(shí)驗(yàn)研究,固定油水兩相溶液，通過(guò)調(diào)控兩相流量比，改變兩相接觸剪切力，可以出現(xiàn)不同流型：液滴流、（液滴）射流、液柱流和平行流；通過(guò)乳化劑濃度的變化改變兩相流體與通道壁面的浸潤(rùn)性，從而改變兩相流型 可以通過(guò)調(diào)控兩相流量改變兩相剪切力和改變表面活性劑Span80濃度，影響液-液兩相界面張力及連續(xù)相與壁面張力來(lái)控制液滴尺寸；殼聚糖濃度的變化直接影響分散相（水相）的粘度，隨殼聚糖的濃度增大，其粘度也越大，所形成