文摘

小说从虾壳提取壳聚糖复合材料准备(十)和本地可用kaolinite-rich修改Bijoypur粘土(MC)使用简单技术在稀醋酸作为溶剂溶解壳聚糖和复合制造而蒸馏水是用于准备粘土分散。Bijoypur粘土主要由高岭石粘土矿物和它与十二烷基胺改性亲有机物质的。复合材料的形态和性质(不同重量比的MC和CHT)研究了,相比纯CHT和MC。净化和修改Bijoypur粘土进行了x射线衍射(XRD)、x射线荧光光谱仪,和傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析。CHT-MC复合材料制造的证实了红外光谱分析。热重分析(TGA)和差示扫描比色法(DSC)被用来研究复合材料的热稳定性。观察,分散粘土改善热稳定性和提高系统矩阵的硬度随着粘土负载的增加。在这项研究中,一个更好的不溶性在酸性和碱性介质的复合材料相比,也观察到纯壳聚糖。

1。介绍

在过去的几年中,基于聚合物复合材料和粘土吸引相当大的兴趣由于其几个不同的属性和组合应用程序。这是因为他们可以组装无机和有机材料的物理和化学性质。工作的主要部分与聚合物/粘土复合材料是基于合成聚合物相比,天然聚合物。类的合成聚合物主要包括热塑性塑料,如尼龙,聚乙烯,聚丙烯,聚(对苯二甲酸乙二醇酯乙烯),和热固性材料,如环氧树脂聚合物。然而,结合天然聚合物(生物聚合物)的机会,如壳聚糖,表现为一个有吸引力的方式来修改一些属性的多糖包括其溶解度和膨胀特性,机械和热性能,抗菌活性,和黏附力,当结合nanometric规模粘土(1,2]。

甲壳素是一种自然丰富的多糖的支持材料的甲壳类动物,昆虫,等等,包括2-acetamido-2-deoxy——是众所周知的βd葡萄糖通过β(1→4)连接3,4]。壳聚糖(本),甲壳素的脱去乙酰基衍生物,有许多应用程序在不同领域包括摄影(5从废水(Hg)、金属捕捉^{2 +}、铬^{3 +})[6- - - - - -8),和酸性染料吸附9]。的低成本、与商业活性炭及其可能的生物降解性使它适合去除工业废水中重金属(10]。CHT分子的氨基网站是主要的反应基团对金属离子,尽管羟基(尤其是在C₃位置)可能导致吸附过程11]。CHT是它的局限性之一是溶于稀酸水溶液(pH值< 6.5),可将氨基葡萄糖单元转化为可溶性形式(r n)[12在碱性溶液中也会沉淀13]。CHT作为吸附剂的另一个限制是较低的热稳定性。在500°C,纯壳聚糖被发现的体重保持48.5%14]。如果这些属性可以提高通过使用其他材料,那么它将是一个很好的候选人为各种应用程序(如污水处理、包装的目的,等等。

聚合物/粘土复合材料是一种潜在的候选人作为环境污水处理的吸附剂由于它们的结构以及无机和有机材料的物理和化学性质(2]。然而,壳聚糖/粘土复合材料的有趣,因为容易制备技术和廉价的原材料和化学试剂。最可用的自然界中粘土矿物蒙脱石(MMT),高岭石(高岭土),和伊利石。高岭石是高岭土的主要矿物成分,通常包含石英和云母。它还包含小百分比的长石、伊利石、蒙脱石、钛铁矿,anastase、赤铁矿、铝土矿、锆石、金红石、蓝晶石、硅线石、石墨、凹凸棒石、埃洛石(15,16]。从达卡Bijoypur粘土(187公里的城市,位于Netrokona区Mymensingh部门)是最好的质量在孟加拉国可用粘土类型。中的主要阶段Bijoypur粘土高岭石、埃洛石、石英。尽管Bijoypur SiO粘土含量高₂(70.08%),它有大量的铝₂O₃(27.24%)和相当低的铁等杂质含量₂O₃(1.03%)和TiO₂(1.65%)(17]。在许多情况下,粘土材料已被证明具有较高的吸附容量比相同条件下活性炭由于其高的比表面积,高的阳离子交换能力,积极或消极的表面电荷对pH值(14]。考虑这些独特的性质和成本效益在本地可用的高岭石粘土(Bijoypur粘土)可能是一个理想的候选人复合制备本契约。虽然壳聚糖(十)/高岭石粘土复合材料很有吸引力,他们没有广泛调查去除重金属的工业废物,有相对较少的科学出版物。Montmorillonite-chitosan bionanocomposites也发现作为一个潜在的吸附剂对除草剂clopyralid在水溶液和土壤/水悬浮液和bezactiv橙色V-3R染料(18,19]。研制了基于壳聚糖和蒙脱石纳米复合材料作为载体来提高口服生物利用度的氧四环素(20.]。除镍(II)和Cd (II)吸附在环氧氯丙烷交联chitosan-montmorillonite粘土复合珠子被Tirtom观察et al。(21]。

目前的工作描述复合材料的制备及在本地可用Bijoypur粘土的简单技术。Bijoypur粘土被发现在本地和修改后与十二烷基胺酸治疗。低成本和先天性的可用性(自然)的虾壳和Bijoypur粘土在孟加拉这个过程非常方便。他们已经收集了来自这个国家的最低价格或有时免费。此外,最少的化学品和设备需要从提取、复合制造也是非常低的成本。考虑这些祖先时,本研究的目的是准备高性能复合材料,利用壳聚糖和修改高岭石粘土在不同的组合。在未来,将测试复合应用组合领域的科学从废水处理其他有益的目的设计属性根据其应用程序。

2。材料和方法

2.1。材料

虾壳从本地购买的虾孵化器Satkhira区,战争怎样惊人地扩大,孟加拉国。他们洗和基于样本机(sm - 450 - tr, MRC科学仪器,英国)。粘土的来源是Bijoypur Netrokona区,达卡,孟加拉国,孟加拉国提供的绝缘子和卫生工厂(BISF)有限,达卡,孟加拉国(通过150 -筛网筛选200 -筛网)紧随其后。氢氧化钠(珞巴化学分公司,印度)、盐酸(e .默克公司、德国)、材料(Sigma-Aldrich、瑞典)和醋酸(e .默克公司、德国)购买了本准备、粘土改性和复合加工。所有的化学试剂均为分析纯。

2.2。从虾壳提取壳聚糖

壳聚糖(十)从废物中提取虾壳使用的修改方法拉希德et al。22,23]。从废物虾壳壳聚糖的提取包括三个主要步骤:(a) deproteination,去矿化作用(b)和(c)脱乙酰作用。清洗和碎废料壳处理4% (w / w)氢氧化钠(氢氧化钠)为deproteination 3 h。干壳与搅拌3盐酸处理3 N h。这一步被称为去矿化作用的步骤。去矿化作用后,这种形式的虾壳是纯甲壳素。甲壳素脱去乙酰基是通过加热80 - 100°C和50%氢氧化钠(w / w) 4 h壳聚糖。壳聚糖的脱乙酰作用的程度(DD)被发现77.2%,分子量1138356 Da决心从其粘度。

2.3。净化和粘土的改性

原始的粘土(RC)被处理盐酸提纯。酸处理后,净化粘土与十二烷基胺诱导其修改的亲有机物质的字符根据以前报道的方法(24]。修改后,粘土热蒸馏水清洗成为中性和干改性粘土(MC)。

2.4。制备壳聚糖/改性粘土复合

复合制备的改性方法由王et al。25]。在一个典型的过程中,1%的壳聚糖溶液和1%改性粘土分散(由简单的用电磁搅拌器搅拌分散)在不同的重量比混合,搅拌在60°C。修改后的粘土量变化从0.33通用1.5通用。CHT-MC混合物被摔在培养皿放置在60°C 48 h在烤箱。干膜仍含有少量的溶剂,醋酸chitosonium形成。因此,干燥后膜浸泡在1 M氢氧化钠水溶液中和酸后用蒸馏水冲洗中和,然后干24小时60°C。不同的重量及MC用于复合加工是列在表1。

2.5。描述的原材料和复合材料

2.5.1。傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析

傅里叶变换红外(FTIR)光谱(传播),MC,复合材料在红外光谱观察8400年代分光光度计(日本岛津公司公司、日本)。

2.5.2。热分析

分析热行为,热重分析(TGA), MC,复合材料在铝电解槽进行氮流从室温到600°C 20°C /分钟的速度与TGA-50仪器(日本岛津公司公司(日本)。样品的重量从2到9毫克。差示扫描量热计(DSC-60,日本岛津公司Corp .)、日本)被用来确定玻璃化转变和/或复合材料的分解温度。

2.5.3。扫描电子显微镜(SEM)

一个高性能、低成本、扫描电子显微镜(SEM)(地产- 6490)高分辨率为3.0 nm 30 kV被用来确定复合材料的表面形态特征。

2.5.4。x射线衍射(XRD)分析

矿物的分析存在于原始的粘土和纯化粘土、XRD分析是由x射线衍射仪(模型力量中心——AXS衍射仪D8德国)。单色的铜α₁线是孤立的各种单色仪的x射线管和用于分析。复合材料是由XRD分析数据。

2.5.5。x射线荧光光谱仪分析

元素分析的原始粘土,纯化粘土和MC光谱仪使用光谱仪(Thermoscientific陆军研究实验室的定量'x x荧光分析仪)。快速从氟(F)元素分析铀(U)在光谱仪。< 1 ppm的敏感性是100%可调x射线光束大小从1到15毫米。它被发现与电冷却Si(李)检测器。

3所示。结果与讨论

3.1。净化Bijoypur粘土

x射线衍射(XRD)的定量分析Bijoypur粘土酸处理前后混合显示,这是一个主要的高岭石(Al₂O₃2·sio₂h·2₂O)和伊利石;然而,主要阶段是高岭石。

图1生粘土显示明确的倒影在2θ12°和25°,高岭石的典型特征峰。峰值为12.12°和20.72°代表Si-O-Si结晶层的粘土26]。石英杂质的存在也检测到25.52°的结果证实了文献[27]。治疗后与盐酸、石英和其他矿物质的峰值强度的原始粘土显著减少由于结构性障碍,发生由于酸处理。的缩小峰的形状可能是由于减少意味着晶格应变或微晶尺寸的增加22]。XRD数据的比较生的粘土和纯化粘土证明盐酸处理没有显著损失粘土材料的结晶度。此外,石英杂质不能完全被酸治疗。然而,石英的百分比可以减少近55%的提纯粘土。

3.2。修改Bijoypur粘土

图2显示原始粘土和特征的红外光谱谱峰被发现在3459厘米⁻¹,1633厘米⁻¹,912厘米⁻¹(Al-OH债券),795厘米⁻¹。拉伸-哦组协调的八面体阳离子可以发现在3696年,3668年,3653年,3619厘米⁻¹。最重要的矿物山峰在原始黏土和改性粘土被观察到在1114年,1030年,1006厘米⁻¹由于Si-O拉伸分别。与材料改性后,它表现出额外的峰值为2910厘米⁻¹(ch₃拉伸),2841厘米⁻¹(ch₂伸展振动),分别,这表明烷基铵链已经被一间画廊的粘土阳离子交换反应,成功修改Bijoypur粘土。

3.3。光谱仪分析生粘土、纯化黏土和改性粘土(MC)

光谱仪的元素分析表明,硅(Si)的比例增加(从75.4%至69.8),而铝(Al)从14.5下降到10.8%而生粘土纯化粘土(如表所示2)。其他元素,如钾(K)、铁(Fe),钙(Ca)和钛(Ti)确定了原料、提纯和改性粘土。K, Ti, F作为免费的氧化形式(即被发现。K₂O, TiO₂、曹、铁₂O₃);然而Si和艾尔的SiO高岭石的主要阶段₂和艾尔₂O₃,分别。铁的酸处理诱导明显降低₂O₃内容在纯化粘土(27]。

铁含量的进一步明显降低改性粘土导致由于强酸改性过程的存在。铁的氧化物形式被作为水溶性氯化物形式(FeCl₃)的酸。

3.4。CHT-MC复合材料的红外光谱分析

甲壳素和壳聚糖的红外光谱谱图所示3。的几丁质,主要吸收带被分配在3448厘米⁻¹(重叠地伸展振动- h伸展振动),2932厘米⁻¹(碳氢键的伸缩振动CH₂对称),1630厘米⁻¹(C = O伸展振动的酰胺债券),1542厘米⁻¹(h弯曲振动重叠的酰胺键和C = O伸展振动酰胺债券),1084厘米⁻¹(C₆与C = O - O伸展振动重叠伸展振动),1006厘米⁻¹(C-O-C桥伸展振动),1369厘米⁻¹(不对称的碳氢键CH的弯曲振动₂组),1127厘米⁻¹(C₃- o伸缩振动),最后是886厘米⁻¹由于碳氢键变形的振动β糖苷键。另一方面,壳聚糖,主要吸收乐队在3448厘米⁻¹(地拉伸重叠- h拉伸的伯胺),2927厘米⁻¹(碳氢键的伸缩振动CH₂对称),1634厘米⁻¹(C = O拉伸的酰胺债券),1084厘米⁻¹(C₆与C = O - O拉伸重叠延伸),1006厘米⁻¹(C-O-C桥延伸),1369厘米⁻¹(不对称的碳氢键弯曲CH₂组),1127厘米⁻¹(C₃- o伸展)。红外光谱谱的显著差异观察几丁质和壳聚糖在地区3350 - 3500厘米⁻¹。更广泛的峰值出现在壳聚糖相比,甲壳素峰值指示增加脱去乙酰基壳聚糖由于特定地区的一部分,对应地拉伸重叠- h拉伸。峰值为1634厘米⁻¹杰出的甲壳素壳聚糖的强度。峰面积在几丁质越高,越在甲壳素与壳聚糖乙酰化作用[28,29日]。

在MC(图中观察到2),发现了-哦拉伸特征频带的3459厘米⁻¹,弯曲由于水被观察到1633厘米⁻¹,最重要的矿物乐队被观察到在1114年,1030年,1006厘米⁻¹由于Si-O伸缩振动模式,发现由于存在峰值Al-OH债券为912厘米⁻¹在795厘米,一个强大的乐队⁻¹是观察到,因为免费的硅和/或石英外加剂,和乐队在2910厘米吗⁻¹(ch₂拉伸),2841厘米⁻¹(ch₂拉伸振动)的夹层链烷基铵的画廊Bijoypur粘土(高岭土)(图2)。当壳聚糖的质子是氢键的氧物种Si-O Al-O段,Si-O和Al-O债券将被削弱,这些半个将扭曲的四面体对称。另一方面,红外光谱显示,CHT-MC复合材料表现出所有解决h, s,地和碳氢键乐队当复合材料形成的。复合材料(SB-1 SB-2 sb 3, SB-4,和SB-5)显示三个伸缩振动区域:- h和s从壳聚糖和地,地Si-O, Al-OH粘土。这导致红外波段位置的变化以及强度的降低。显然可以看出CHT-MC复合材料的红外光谱光谱表现出的特征吸收由于有机和无机的团体(26]。复合材料的红外光谱谱图4显示,由于nh乐队₂集团在1558厘米⁻¹,1550厘米⁻¹,1566厘米⁻¹,1566厘米⁻¹,1550厘米⁻¹SB-1、SB-2 sb 3、SB-4 SB-5,分别。

此外,CHT-MC复合材料显示乐队在1618厘米⁻¹(弯曲- h)和1566厘米⁻¹(h弯),也在3323厘米吸收性由于地伸展⁻¹。有一个乐队的转变为2881厘米⁻¹显示ch的伸缩振动₂集团在MC锋利乐队出现在MC。观察到3614厘米⁻¹和3690厘米⁻¹显示存在的自由-哦组在粘土(图2),而在复合峰值被发现在一个移位的位置在3315厘米⁻¹并成为广泛。转移和扩大表示形成的H - -哦组债券的粘土。在914厘米Al-Al-OH振动⁻¹在792厘米Al-Mg-OH振动⁻¹在702厘米Si-O-Si弯曲⁻¹,Si-O-Si伸展1028厘米⁻¹证实了粘土的存在。SB-2,光谱SB-1 SB-4, SB-5也包含了几乎所有的特征频段的所有组件。最后,乐队转移约1590厘米⁻¹壳聚糖的低频率约1560厘米⁻¹在复合表示可能建立了壳聚糖和粘土矿物之间的交互。所有这些光谱数据表明,壳聚糖分子和粘土颗粒表面的相互交互。

3.5。XRD分析CHT-MC复合材料

高岭石矿物的标准特征峰在生粘土观察12°20°,27°,40°(26]。高岭石矿物的基底峰生粘土发现在这种情况下(图5)12°,22°,39°,51°。显示特征、晶体的x射线衍射模式的山峰在2θ= 10°左右,20°,25°(30.]。现在,比较复合材料的x射线衍射模式(SB-1 SB-5),这是观察到的特征峰高岭石在40°已经消失了的粘土后的复合材料在本契约成立。粘土22°的峰值是扩大和也略微转向一些低角点。此外,这种扩大的峰值复合在20°观察了强烈由于复合本契约的存在,也给出了特征峰在20°。

观察这种现象在蒙脱石粘土结合壳聚糖形成纳米复合材料,得出材料的组合设置或脱落(25]。然而,很难得出结论是否脱落或夹层的TEM图像。自一个壳聚糖单元具有一个氨基和两个羟基官能团,这些官能团可以形成氢键的硅酸盐粘土羟化边缘群体,这是以前的红外光谱分析证明了复合。这种相互作用被认为是大会的主要驱动力壳聚糖基质形成的高岭石粘土絮凝的结构。此外,粘土的高度结晶结构和半晶质的壳聚糖的性质(峰值在10°20°)缺席的XRD数据复合材料;,而他们给部分无定形结构,这表明一个很好的及粘土的分散。

3.6。CHT-MC复合材料的热稳定性

MC及其复合材料的热稳定性是研究由TGA氮流。氮气流量下,nonoxidative发生退化。有两个步骤为复合材料降解;第一个范围(50 - 200°C)与水的损失大约5 - 9 wt。%,而第二个范围(200 - 350°C)与壳聚糖的降解和脱乙酰作用[31日,32]。复合SB-1分解速度比任何其他复合和SB-5显示最高的耐温度升高(如图6)。

粘土增加CHT-MC复合材料的热稳定性;在高负载的粘土分解温度增加。这是平行层的粘土形成的结果可以用壳聚糖形成强烈的静电相互作用。粘土的更高的负载降低结构的规律性,从而降低静电相互作用的强度(2]。然而,各种生化的变化和600°C的减肥由于热处理如表所示4。

在256 - 340°C,观察温度骤降的分解有机和其他挥发性复合材料中出现的问题。关于残留在600°C,在SB-5含有粘土的最高金额,减肥是28%左右,这表明完整的有机相分解。以防SB-1粘土含量的最低数量的体重大约是42%。大量的粘土降低时,在降解壳聚糖的部分往往char。这些复合材料稳定到200°C表示一个不错的信号使用的污水排放点的工厂,污水温度存在被发现在高温(100到150°C)。分解温度,复合材料显示更高的热稳定性比纯本契约。复合材料的DSC热谱50到400°C的温度范围内的加热速度10°C /分钟图所示7。非常轻微的吸热峰温度40到45°C表示溶剂蒸发,出现在非常小的数量(29日,33]。观察急剧放热峰在302 - 307°C为不同的组合,如表所示3。

然而,有几个原因变量的玻璃化转变温度,壳聚糖,这取决于一些非常有趣的问题。首先,作为一个天然聚合物,一些属性如结晶度,分子量和脱乙酰作用程度会影响壳聚糖的玻璃化转变温度。其次,宽的玻璃化转变温度的变化可以观察到由于源和/或提取的方法。一般壳聚糖的最小和最大的玻璃化转变温度是−23°C和203°C,分别为(31日,32),发现壳聚糖295°C的分解温度(34]。

3.7。CHT-MC复合材料的形态特征

扫描电镜图像的复合材料(SB-1和SB-5)如图8。粘土浓度对壳聚糖的影响取决于类型的复合材料(类晶团聚体、夹层和剥落)形成的。主要的两种纳米复合材料夹层和剥落。这两个理想状态的纳米复合材料的形成取决于所使用的类型和数量的粘土(29日]。图8表明,粘土颗粒分散在壳聚糖矩阵。然而,显微图显示SB-1拥有比SB-5[更均匀,表面光滑33]。从SEM图像视觉分析,可以看出,随着增加的粘土复合表面非常粗糙。最高的SB-5由粘土,其表面变得粗糙而SB-1。然而,有必要在这方面继续努力,通过运用AFM等其他技术(原子力显微镜),这将允许完整的粘土夹层的识别或剥落以及粒子间相互作用的程度测定粘土和壳聚糖(33]。

4所示。结论

上述结果可以总结如下:(我)Bijoypur黏土富含高岭石和酸处理可以使粘土的晶体结构。(2)复合显示的热稳定性高于壳聚糖是受益人的壳聚糖/粘土复合应用程序在不同的目的。(3)纯壳聚糖溶解在酸性介质(12和形式沉淀在碱性媒体13]。有时,这是一种障碍等各种有用的目的使用这些材料作为吸附剂,作为包装材料,等等。但这综合改善溶解性特征在酸性和碱性介质和发现复合材料在酸性成为未溶解的媒体(pH值4.9),没有形成沉淀在更高的pH值(酸碱度10)。这种稳定的加剧这个组合在不同的应用程序的使用在未来,更重要的是在吸附目的太酸或太基本解决方案。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

穆罕默德研究员Mizanur Rahman高度承认禁止化学武器组织(禁化武组织)为他们的科研资助(项目帐户号码。L / ICA /学院/ 194479/14)进行研究。