基于点位螯合机理制备甲壳素-钛酸钾复合晶须

A king of adsorbent, chitin-potassium titanate composite whiskers by hydrothermal system based on the mechanism of point chelation with Ti waste water as the Ti source will be studied. The factors which influence the morphology and composition of the composite whisker will be researched and the compound rules and growth mechanism of the composite whisker will be opened out. Based on the mechanism of point chelation, congregate of whisker can be improved by the effect of adsorption, chelation and steric hindrance between the functional groups of chitin and potassium titanate whisker. At the same time, the performance dominance of potassium titanate whisker will combined with that of chitin whisker, that can exploit its application potential of the composite whisker in the field of water treatment. Chitin will be directly used in the growth process of potassium titanate whiskers to prepare high-dispersed chitin-potassium titanate composite whisker. This composite whisker will be a promising environmental benign adsorbent because of its safety, innocuity, no-pollutant in the preparation and use. The preparation of the product will sustain the development of the theory and instruct the practice; advance the co-development of organic and inorganic macromolecule science research; promote its application and development in water treatment. Therefore, this work will be provided with important academic, applied, environmental meanings.

以含钛废液为钛源，基于点位螯合机理水热合成一种新型吸附剂- - 高分散性甲壳素-钛酸钾复合晶须。考察影响高分散甲壳素-钛酸钾复合晶须形貌、组成及应用性能的主要因素，揭示该复合晶须的合成规律及生长机理；借助点位螯合技术，即，甲壳素官能团与钛酸钾晶须表面基团的吸附、螯合、空间位阻等效应，改善晶须团聚现象；同时结合甲壳素晶须及钛酸钾晶须的性能优势，提高复合晶须的化学稳定性能、吸附性能以及可再生利用率,发掘晶须在水处理领域的应用潜力，开辟晶须发展的新方向。 将甲壳素直接应用于钛酸钾晶须的生长过程，制备出高分散性甲壳素-钛酸钾晶须，该复合晶须的制备及使用过程安全无毒、无二次污染，属于环境友好型吸附剂。该产品的开发可为同类产品的生产及应用提供有效的理论支持和技术指导；促进有机、无机高分子领域的协同发展，具有重要的理论意义；推动晶须在水处理领域的应用和发展，具有重要的应用价值和环境意义。

本项目首先用水热法制备了钛酸钾晶须，以解决晶须团聚问题；其次用“酸-碱两步法”制备了甲壳素晶须，提高产量及工作效率；最后研究了复合晶须的制备及其应用性能，主要摘要如下：1. 以壳聚糖盐酸盐(chitosan hydrochloride，简称CHC)、壳聚糖、壳聚糖-聚丙烯酰胺阳离子三元聚合物P(CMTC-AM -DMC)和聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)作为分散剂，解决水热合成钛酸钾晶须过程中的团聚问题。CHC添加量为4%～5%时，略有分散效果且合成晶须的长径比为100～170；P(CMTC-AM-DMC)添加量为3%时分散效果较好，且合成晶须的长径比为100～175；PDMC添加量为5%时对晶须的分散效果最好，所合成长径比为130～270，在三种分散剂中，PDMC的分散效果最好，且分散剂及种类对晶须结晶度影响不大，并具有良好的高温热稳定性。2. 采用“酸-碱两步法”合成甲壳素晶须。先将甲壳素酸解，每g甲壳素消耗0.09mol盐酸，并反应1.5-2.0小时，可形成均匀且细长的甲壳素晶须；其次，在碱性条件下对甲壳素晶须提纯，当调节甲壳素晶须悬浊液pH为7-8时，呈悬浮分散状态的甲壳素晶须可聚沉，实现固液分离。与传统方法相比，“酸-碱两步法”分离效率高，周期短，其产率可高达73%。3. 采用包覆手段制备了甲壳素-钛酸钾复合晶须并讨论了其分离性能，通过研究甲壳素晶须和钛酸钾晶须各自对Cu2+、Pb2+吸附过程的差异，分析了分离机制。结果表明，甲壳素晶须对Cu2+的吸附力(kF=0.085 g-1) 大于对Pb2+的吸附力(kF=0.077 g-1)，而钛酸钾晶须对Pb2+的吸附(kL=310.59L·mmol-1)比对Cu2+的吸附(kL=25.85 L·mmol-1)结合力强的多。两种晶须的吸附都符合准二级动力学的特点，两种晶须对Pb2+的吸附都比对Cu2+吸附快，而且离子在钛酸钾晶须颗粒内部的扩散速率远高于甲壳素晶须。二者吸附模式的差异，可以很好的解释甲壳素-钛酸钾复合晶须的分离机制。4. 通过化学沉积法，将Ag3PO4 附着在ChW表面，制备一种新型复合材料。复合材料对可见光吸收能力提高、吸附位点增加、光生电子与空穴更加有效分离以及光生载流子更快速迁移，因此ChW/Ag3PO4复合材料对罗丹明B的光催化活性及其应用稳定性与纯Ag3PO4相比，有明显改善。