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椰壳活性炭微球制备工艺及吸附特性研究

陆艺菲

椰壳活性炭微球制备工艺及吸附特性研究

陆艺菲1
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作者信息

  • 1. 天津科技大学
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摘要

本研究论文以明胶(GEL)和羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为壁材,通过复合凝聚法包裹修饰粉末状椰壳活性炭(CSAC),期望这种复合凝聚物微粒能具有一定吸附能力并且为多孔活性炭材料作为口服吸附剂应用于辅助治疗的研发新思路提供实验基础。主要研究内容如下: 1.以GEL浓度、pH值、CSAC的加入量以及GEL和CMC-Na的质量比四个因素做单因素实验确定最佳反应条件范围,再进行L9(34)正交实验,考察椰壳活性炭微球(CSACM)的得率,来确定最佳的制备方案。最佳制备条件为:GEL浓度1.5%、pH为4.4、CSAC添加量为0.2g以及GEL和CMC-Na的质量比为9∶1。 2.对CSAC、GEL与CMC-Na通过复合凝聚后的产物(GEL-CMC-Na复合凝聚物)和以最优工艺条件制备的CSACM进行粒径分析,并用共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察样品在不同状态下的形态。结果显示:CSAC能够很好地被GEL-CMC-Na复合凝聚层包裹并且为球状颗粒均匀地分散在水溶液中。粉末状的CSAC具有不规则形状和棱角,表面还有大量孔隙结构,与CSAC相比,CSACM的形状则更加圆润并且表面仍保留了部分孔隙。 3.分别对CSAC,GEL,CMC-Na,GEL-CMC-Na复合凝聚物和CSACM进行X-射线衍射分析(XRD),热重分析(TGA),差示扫描量热分析(DSC)和傅里叶红外光谱分析(FTIR)来研究通过复合凝聚法将CSAC包裹修饰后的壁材和芯材的物化性质变化。XRD图像表明,非晶态结构的减少可能是由于CSAC与壁材料之间的分子间作用力。TGA和DSC结果显示,CSAC在复杂凝聚中的加入增加了CSACM的热稳定性。FTIR结果证明,CSACM的制备过程中有化学基团发生轻微的位移,没有新的化学键生成。 4.探究CSACM在不同初始浓度肌酐溶液的吸附性能,实验结果显示:CSACM的吸附率随着肌酐浓度的增加而增加,当溶液浓度大于35mg/L时,吸附率开始下降。对比在相同25mg/L肌酐浓度下CSAC和CSACM的吸附性能并在肌酐浓度不变的条件下对CSACM进行体外吸附研究。分析结果显示CSAC的吸附速率明显高于CSACM。CSACM对溶解在模拟肠液SIF中的肌酐(SIF-CSACM)的吸附性能显著提高。说明SIF中的胰蛋白酶可以分解作为壁材之一的GEL,使更多的CSACM孔隙结构暴露出来,从而提高了吸附性能。 5.利用吸附等温线模型和吸附动力学模型对实验数据的拟合,得到动力学模型参数,来进一步探讨CSACM的吸附机理。对比Langmuir和Freundlich等温线模型,实验数据与Langmuir等温线模型相关性更好,表明CSACM吸附肌酐小分子是一种单层吸附。根据准一阶(PFO)和准二阶(PSO)非线性动力学模型的拟合结果,PFO模型的R2高于PSO模型的R2,表明实验数据与PFO模型具有良好的相关性,并且肌酐的吸附量与吸附时间相关,并在吸附平衡时达到恒定值。

关键词

椰壳活性炭/明胶/羧甲基纤维素钠/复合凝聚法/吸附性能

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授予学位

硕士

学科专业

食品工程

导师

王丽霞

学位年度

2020

学位授予单位

天津科技大学

语种

中文

中图分类号

TQ
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