[01115743]用于分子印迹的修饰木薯淀粉树状大分子材料制备与功能化技术研究

“用于分子印迹的修饰木薯淀粉树状大分子材料制备与功能化技术研究”课题是由桂林市科学技术局2015年立项下达的桂林市科学技术与研究计划项目。修饰木薯淀粉树状大分子是以木薯淀粉为原料,经过接枝等多步变性得到的高度支化具有树状结构的大分子。该类大分子通过多步修饰在其表面及支链上会增加大量的羧基、氨基等活性基团可对重金属及一些物质产生螯合作用,因此该材料可广泛用于水处理,药物研究等领域,且具有无毒、高效的特点。项目以木薯淀粉为主要原料,通过醚化、酯化、接枝、交联、酰胺化等多元化学改性合成多步修饰木薯淀粉大分子材料。在反乳相溶液中进一步将变性淀粉制成磁性淀粉微球,并利用离子印迹技术,以金属离子为模板,以环氧氯丙烷为交联剂,进行交联反应,最后得到磁性印迹聚合物。并采用IR、SEM、XRD、VSM、TG-DTG等手段对磁性印迹聚合物的结构进行鉴定和分析。进一步通过静态吸附实验研究磁性印迹微球最优吸附条件,再利用选择吸附性实验及再生实验,研究该类吸附剂对重金属离子去除率的高低及其是否具有选择吸附性和吸附剂的再生效果。 目前,木薯淀粉类重金属吸附剂多由交联、酯化、接枝等化学改性而成。由于主要是单一变性,对重金属的吸附容量并不大,而且还存在产品不稳定和后处理困难等问题。重金属离子污染物通常出现多种金属离子共存,因而人们一直在寻找具有选择性分离或富集有毒重金属的新技术。离子印迹聚合物吸附法作为一种新兴的吸附去除重金属离子的方法,对印迹离子的选择性吸附容量高,且该法操作方便、节约能耗,特别适宜重金属废水的二级处理和深度处理。与非印迹聚合物相比,印迹聚合物对金属离子（印迹模板）的选择性明显提高。经过二十年来的不断发展,利用Zn（II）、Co（III）、Pd（II）、Cd（II）、Cr（VI）、Cu（II）、Ag（I）等重金属作为印迹模板制备重金属离子印迹聚合物已得到迅速扩展和完善。 对木薯淀粉进行一步修饰很难在实际应用中达到很好的效果。针对这一问题,为了使产物达到对多种重金属都具有选择吸附能力或对毒素有捕获能力,本课题通过醚化、酯化、接枝、交联、酰胺化等多种复合化学修饰的工艺方法对木薯淀粉进行多步修饰,增加或改变淀粉表面的官能团,使其表面产生更多的基团以增强对目标分子的螯合作用,最终增强木薯淀粉的吸附捕获性能。以多步修饰木薯淀粉树状大分子材料为基质制备印迹功能材料,能解决离子印迹吸附材料处理重金属离子污染无法生物降解和分离回收问题,并且对人体的某些有毒物质具有一定的捕获能力而无毒副作用。 以木薯淀粉为原料,经多步化学修饰、反相乳液聚合法、磁性印迹技术,合成了具有功能作用的树状空间网络结构的交联接枝-酯化羟丙基木薯淀粉及微球、交联接枝木薯淀粉硫酸酯、交联木薯淀粉黄原酸酯、交联接枝酯化氰乙基木薯淀粉及磁性微球、交联接枝酯化氰乙基淀粉磁性印迹微球、黄原酸酯化接枝-胺化木薯淀粉、胺化交联型接枝黄原酸酯化淀粉磁性印迹微球。进一步采用重金属离子Cu2 +、Cd2+、Pb2+等为模板用表面印迹法制备印迹材料。获得大量有效的重金属离子识别点位,并实现对重金属离子进行高选择性分离或富集,研究了吸附动力学吸附模型,解决了传统印迹吸附剂制备成本高和难生物降解等问题。同时,采用Gaussian程序对磁性印迹淀粉衍生物微球结构进行优化并进行量子化学计算,找到对金属离子的活性吸附位点,构建了产物的无定形结构,并通过分子力学优化和分子动力学得出其能量最终达到平衡状态,从而在理论上证明了所构建结构的合理性。 本课题用于分子印迹的修饰木薯淀粉树状大分子材料取自于木薯淀粉这种可再生及对环境友好的资源,功能性强,应用范围宽。近年来项目完成单位与桂林企业联合进行工业化生产与产品的市场开发,取得了显著效果,部分产品如交联接枝-酯化羟丙基木薯淀粉及微球、交联接枝木薯淀粉硫酸酯、交联木薯淀粉黄原酸酯、交联接枝酯化氰乙基木薯淀粉及磁性微球、交联接枝酯化氰乙基淀粉磁性印迹微球、黄原酸酯化接枝-胺化木薯淀粉、胺化交联型接枝黄原酸酯化淀粉磁性印迹微球已经实现工业化生产及市场应用,取得了显著的经济效益、生态效益和社会效益。