Изучение металлсвязывающей способности некрахмальных полисахаридов (на примере пектина, хитозана и альгината натрия). Изучение металлсвязывающей способности некрахмальных полисахаридов (на примере пектина, хитозана и альгината натрия) Выпускная квалификационная работа по специальности
 Скачать 451.9 Kb.
|
3.2 Исследование влияния рН, температуры, исходной концентрации иона металла в растворе и модификации полисахаридов на эффективность связывания ионов медиПомимо исследования равновесия и кинетики связывания ионов меди из водных растворов было изучено влияние на металлсвязывающую способность ионов меди пектином, хитозаном и альгинатом натрия температуры, рН, исходной концентрации иона металла в растворе и модификации полисахаридов. 3.2.1 Влияние температуры Полученные данные показывают, что при повышении температуры эффективность процесса связывания увеличивается незначительно и при понижении температуры также незначительно уменьшается. Прирост эффективности процесса связывания катионов металла при концентрации меди 11,72 ммоль/л и температуре 40°С составляет 2,74% у пектина, 8,36% у хитозана и 8,1% у альгината. Прирост эффективности при исходной концентрации раствора, равной 1,56 ммоль/л для изученных полисахаридов находится в пределе от 4 до 8 процентов. Понижение эффективности полисахаридов при концентрации исходного раствора 1,56 ммоль/л составляет 1 – 9%. Полученные данные представлены на рис 12 и в таблице 10. Таблица 10 - Зависимость металлсвязывающей способности пектина, хитозана и альгината натрия по отношению к ионам меди от температуры
Такую зависимость связывающей способности можно объяснить наличием гидролиза, который прямо пропорционально зависит от температуры. При увеличении степени гидролиза понижается степень этерификации полисахаридов и увеличивается способность к связыванию. Также при повышении температуры раствора увеличивается степень диссоциации сульфата меди, что приводит к большему количеству свободных ионов в растворе и повышении степени связывания.  Рис12 - Зависимость металлсвязывающей способности пектина, хитозана и альгината натрия от температуры при исходной концентрации ионов меди – 1,56 ммоль/л 3.2.2 Влияние рН В ходе изучения зависимости металлсвязывающей способности от рН среды было выявлено, что связывающая способность пектина, хитозана и альгината с катионами меди возрастает с увеличением рН от 4,0. Для поддержания требуемого значения рН использовали ацетатные буферные растворы с рН 4,0 и 6,0. Кислотность среды является важнейшим параметром процесса связывания, потому что именно она оказывает определяющее влияние на электростатические взаимодействия при физической адсорбции, ионный обмен и комплексообразование, заряд поверхности сорбента. В результате эксперимента было выявлено, что оптимальным рН среды для извлечения ионов меди из водных растворов пектином, хитозаном и альгинатом натрия, при котором достигается максимум связывания, является рН 6 ± 0,2.  Рис 13 - Зависимость металлсвязывающей способности пектина, хитозана и альгината натрия от рН при исходной концентрации ионов меди 1,56 ммоль/л, - пектин, - хитозан, - альгинат натрия Плохая комплексообразующая способность пектина и альгината натрия при низких значениях рН объясняется повышением степени этерификации полисахаридов, то есть меньшим количеством свободных карбоксильных групп, способных связываться с катионами меди. В случае с хитозаном, при низких значениях рН происходит протонирование аминогрупп хитозана с образованием макрокатиона хитозания, который не взаимодействует с двухвалентными металлами. При рН>6 будет происходить образование гидроксидов меди, и основным механизмом удаления металлов из раствора становится их выпадение в виде гидроксидов, а не комплексообразование. Таблица 11 - Зависимость металлсвязывающей способности пектина, хитозана и альгината натрия по отношению к ионам меди от рН
3.2.3 Влияние концентрации модельного раствораЗависимость эффективности связывания ионов меди пектином, хитозаном и альгинатом натрия от исходной концентрации модельного раствора представлена на рисунке 14 и в таблице 12. Можно заметить, что с уменьшением концентрации меди в растворе увеличивается эффективность связывания. Это можно объяснить тем, что при увеличении концентрации исходного раствора меди происходит уменьшение рН раствора, что приводит к увеличению степени этерификации и снижению способности к связыванию. Также при уменьшении концентрации происходит увеличение степени диссоциации исходного раствора меди, что приводит к увеличению свободных ионов и их связывания. Таблица 12 - Зависимость эффективности связывания ионов меди пектином, хитозаном и альгинатом натрия от исходной концентрации ионов в модельном растворе
 Рис 14 - Зависимость эффективности связывания Cu2+ полисахаридами от исходной концентрации ионов в модельном растворе 3.2.4 Влияние модификации полисахаридов С целью повышения металлсвязывающей способности полисахаридов, а именно хитозана, пектина и альгината натрия, была проведена их модификация. После проведения модификации, проводился расчет эффективности процесса связывания. Полученные данные приведены в таблице 13. Таблица 13 - Зависимость эффективности связывания ионов меди пектином, хитозаном и альгинатом натрия от времени протекания процесса
Продолжение таблицы 13
Как видно после проведения модификации металлсвязывающая способность полисахаридов улучшилась, особенно у пектина и альгината. Эффективность связывания ионов меди при концентрации модельного раствора 1,56 ммоль/дм3 для пектина увеличилась на 17,64 %, для альгината на 19,6 %, для хитозана на 1,96 %. Увеличение сорбционной способности пектина и альгината при обработке их раствором ЭДТА и спирта связано с удалением из них балластных веществ: ионов металлов, аминокислотных фрагментов и остатков полисахаридов, наличие которых приводит к значительной дифференциации состояния воды. Благодаря обработке спиртом и ЭДТА повышается степень ионизации карбоксильных групп и содержание в нем воды. Зольность полисахаридов при обработке его ЭДТА снижается примерно в 2 раза [16]. Переосаждение хитозана раствором щелочи и последующая сушка приводят к увеличению адсорбционной активности вследствие упорядочивания его пористой структуры. Увеличение степени кристалличности ярко наблюдается у сублимационно высушенного хитозана, но так как провести такой способ сушки не предоставлялся возможным, модификация хитозана прошла не совсем успешно и увеличение адсорбционной емкости было незначительным. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||