麦饭石负载pvam对梨汁澄清工艺的研究本科论文Word文档下载推荐.docx

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1材料与方案4

1.1材料与设备4

1.2聚乙烯胺（PVAm）的合成4

1.2.1PNVF的合成4

1.2.2制备PVAm5

1.3麦饭石预处理5

1.4麦饭石负载PVAm的制备5

1.5梨汁的制备5

1.6梨汁澄清度的测定5

1.7样品的表征5

1.7.1红外分析5

1.7.2热分析测试（TG）5

2结果与分析6

2.1样品表征的分析6

2.1.1红外分析6

2.1.2热分析测试（TG）6

2.2麦饭石负载PVAm添加量对梨汁澄清度的影响7

2.3梨汁pH对澄清效果的影响8

2.4作用时间对梨汁澄清效果的影响8

2.5温度对梨汁澄清效果的影响9

2.6PVAm-麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响10

2.7麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响10

3结论10

参考文献12

致谢14

摘要

为了改善麦饭石的吸附性能和使用性能，以N-乙烯基甲酰胺（NVF）为单体，进行自由基聚合制备聚N-乙烯基甲酰胺（PNVF），将PNVF在碱性条件下水解，得到聚乙烯胺（PVAm），再将PVAm与麦饭石复合，制备出高胺化度麦饭石负载PVAm复合物。

通过红外光谱（FTIR）和热重（TG）表征复合物的结构，用分光光度法分析麦饭石负载PVAm复合物对梨汁的澄清效果。

结果表明：

PVAm成功插入麦饭石层间，扩大了麦饭石的层间距从而提高了吸附性能；

麦饭石负载PVAm复合物对梨汁有较好的澄清效果，且明显优于单一麦饭石，最优澄清条件麦饭石负载PVAm复合物的用量0.80g/L、澄清时间30min、澄清温度22oC，pH5.2下的透光率为95%。

关键词：

麦饭石；

聚乙烯胺（PVAm）；

梨汁；

澄清

Abstract

InordertoimprovetheabsorptionandutilizationperformanceofMaifanshi,polyvinylformamide（PNVF）wassynthesizedwithN-vinylformamideasrawmaterials;

thepolyvinylamide（PVAm）waspreparedbythealkalihydrolysisofPNVF;

PVAmwasintercalatedintoMaifanshitoprepareMaifanshiloadedPVAmcompositewithhighaminationdegree.ThestructureofMaifanshiloadedPVAmcompositewascharacterizedbyFTIRandTG.EffectsofMaifanshiloadedPVAmcompositeonpearjuiceclarificationwereanalyzedbyinfraredspectumanalysis.TheresultsshowedthatPVAmhadbeeninsertedintoMaifanshilayerssuccessfully,whichimprovedtheabsorptionpropertiesofMaifanshibyexpandingtheinterlayerspacing,MaifanshiloadedPVAmcompositehaspreferableclarificationeffectsonpearjuice,andobviouslybetterthanManfanshi.UnderthemostoptimalconditionsofMaifanshiloadedPVAmcompositedosage0.8g/L,clarifyingtime30min,clarifyingtemperature22oC,andpH5.2,thetransmittanceofpearjuicereaches95%.

Keywords:

stone;

polyethyleneamine（PVAm）;

pearjuice;

clarification

0引言

麦饭石是一种对生物无毒、无害并具有一定生物活性的复合矿物或药用岩石[1]。

麦饭石属多孔性矿石，呈现出多孔状和海绵状结构，并具有良好的吸附性。

麦饭石的吸附作用中，有物理吸附、化学吸附。

物理吸附时，麦饭石与吸附质分子间以范德华引力相互作用；

化学吸附时，麦饭石与吸附质分子间发生化学反应，以化学键结合。

由于麦饭石是以[SiO4]4-为基础，四面体顶端氧与相邻四面体共键，与K、Na、Pb等以离子键结合，当麦饭石溶于水时部分离子化，该结构的另一侧是[SiO]-的基团，与水中重金属离子或细菌发生结合[1]。

麦饭石在水中能溶出4种有益于人体健康的常量元素、微量元素和稀有元素，它的微量元素含量曲线与人体血液中的微量元素含量曲线基本吻合，由于融出的元素具有生物活性，很容易被人体吸收，所以它是一种较好的无机营养源[1-3]。

麦饭石以其优异的生物活性、吸附性、矿化性、溶出性、无毒无害性在食品、医疗、保健、化工、环境保护、农林业及畜牧等领域得到了广泛的应用[2-5]。

聚乙烯胺（PVAm）是一种氨基直接连接在碳氢骨架上的水溶性高分子材料，它不仅结构简单，而且由于氨基的活泼性使它具有很高的反应活性，所以PVAm可以进行氨基的大多数特征反应，从而获得很多新功能[6]。

PVAm可用于反应络合金属离子、膜分离、污水处理、造纸以及油田生产等诸多领域[6]。

氨基的活泼性使它可与醛类、酸酐类、羧酸类、卤代烃、酰卤、苯磺酰氯反应，还能与金属离子进行络合，制备功能型高分子材料[7]。

PVAm可进行氨基的很多特征反应，从而获得许多特殊的理化功能。

在现代的分离技术领域用于制备各种复合膜材料[8]；

在催化剂领域用于催化剂的载体[9]；

制药领域与不同分子量的葡萄糖接枝合成聚糖类表面活性剂[10]。

PVAm的阳离子特性，它可作为污水处理絮凝剂。

PVAm可作为有毒物质的替代品在基因治疗、膜分离、催化剂、食品工业、生物医学等高新技术领域有着十分广阔的应用前景[7-10]。

本研究首先以N-乙烯基甲酰胺（NVF）为原料，进行自由基聚合法制备聚N-乙烯甲酰胺（PNVF），然后采用碱性条件对PNVF进行水解，得到PVAm；

然后利用孔状结构和一定生物活性的矿物保健药石——麦饭石和高胺化度的PVAm为原料，利用浸渍法制备麦饭石负载PVAm复合物，将所得的复合物初步用于梨汁的澄清，研究其澄清效果和最佳处理工艺，以期为麦饭石产品的研发及应用领域的拓展提供依据。

1材料与方案

1.1材料与设备

N-乙烯基酰胺（东京化成工业株试会社）；

偶氮二异丁腈（分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司）；

盐酸（分析纯上海广诺化学科技有限公司）；

氢氧化钠（分析纯上海广诺化学科技有限公司）；

碳酸氢钠（96%天津市永大化学试剂有限公司）；

麦饭石（中华麦饭石工艺品制造产）

DF-II集热试恒温磁力搅拌器（金坛市恒丰仪器厂）；

分光光度计（上海棱光技术有限公司）；

FA224电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）；

SHZ-D（III）循环水式多用真空泵（巩义市科瑞仪器有限公司）；

精密定时电动搅拌器；

KQ-500V超声波清洗仪（中国昆山市超声波仪器有限公司）；

pH计；

离心机（上海安亭科技仪器厂）；

AA2000型低噪音空气泵（金坛市恒丰仪器制造有限公司）；

101-3AB电热鼓风干燥箱（天津市泰斯仪器有限公司）

1.2聚乙烯胺（PVAm）的合成

1.2.1PNVF的合成

将N-乙烯基甲酰胺水溶夜加入三口瓶中，通N2除出去体系中的氧气，回流、搅拌，水浴升温至反应温度70℃。

加入引发剂偶氮二异丁腈保持温度恒定匀速搅拌1h，取出三口瓶放到超声波清洗仪中超声30min，继续保持温度恒定匀速搅拌8h后停止反应，得到了PNVF。

1.2.2制备PVAm

将PNVF水溶液加入三口瓶中，通N2除去体系中的氧气，回流、搅拌，加入NaOH溶液，升温至反应温度60℃，保持温度恒定匀速搅拌8h停止反应，得到PVAm，制备过程如图1。

图1PVAm的合成过程

1.3麦饭石预处理

将一定量粒度为80目的麦饭石和1mol/L盐酸按固液比为1：

10混合浸泡24h，过滤除去有机物等杂质，再用蒸馏水将麦饭石洗至中性，烘干备用[5]。

1.4麦饭石负载PVAm的制备

将PVAm水溶液加入三口瓶中，通N2除去体系中的氧气，回流、搅拌、加入适量的麦饭石，升温至反应温度70℃，保持温度恒定匀速搅拌12h停止反应，得到改性麦饭石，然后取出改性麦饭石，电热鼓风干燥箱中烘干，研细备用。

1.5梨汁的制备

选用成熟新鲜好的贡梨，用自来水快速冲洗，洗去梨子表面泥土等杂质，充分洗净后削皮取出梨核，切块之后迅速打浆榨汁，以免被氧化，使用循环水式多用真空泵抽滤得到梨汁，在用离心机离心4000/min，10min得到梨汁。

1.6梨汁澄清度的测定

梨汁澄清度在540nm处的透光率T%来表示，取澄清后梨子在722分光光度计上测透光率T%[5]。

1.7样品的表征

1.7.1红外分析

采用NicoletMX-1型红外光谱仪测定，样品用KBr压片。

1.7.2热分析测试（TG）

采用德国Netzsch公司STA409C热重分析仪，在氮气保护下，升温速率10℃/min，测量范围室温到900℃。

2结果与分析

2.1样品表征的分析

2.1.1红外分析

麦饭石与PVAm改性麦饭石的红外谱图如图2.1所示，由图2.1可知PVAm改性麦饭石的红外光谱峰形与麦饭石的基本一致，保留了麦饭石在1000-1100cm-1之间的Si-O-Si键的不对称伸缩振动吸收峰、790cm-1处Si-O-Si的对称伸缩振动吸收峰及3400cm-1附近（Si）O-H的伸缩振动吸收峰。

比较麦饭石与PVAm改性麦饭石曲线，在2925cm-1和2854cm-1附近出现的2个吸收峰属于PVAm插层剂中-CH2-的不对称伸缩振动和对称伸缩振动，表明PVAm已经与麦饭石结合。

以上红外分析表明，PVAm已成功与麦饭石结合。

图2.1麦饭石、改性麦饭石红外光谱图

2.1.2热分析测试（TG）

图2.2为麦饭石和PVAm改性麦饭石的TG曲线。

从图2.2的TG曲线可以看出，麦饭石几乎失重没有变化，失重小于2%。

与麦饭石相比，PVAm改性麦饭石在30℃-108℃范围失重约为9.3%，这主要因为在麦饭石中插入了高胺化度PVAm，其上的胺基使复合物的吸附水含量增加；

在120℃-800℃范围内失重约8.0%，这主要是由于麦饭石中的PVAm热分解造成的。

上述热重分析表明，PVAm已经插层进入了麦饭石的晶层间，形成了稳定的复合物。

图2.2麦饭石、改性麦饭石热重曲线图

2.2麦饭石负载PVAm添加量对梨汁澄清度的影响

将不同质量PVAm-麦饭石复合澄清剂分别加入到梨汁中，搅拌半小时，离心10min，用722分光光度计上测梨汁的透光率，梨汁的澄清度用透光率表示。

麦饭石添加量与PVAm-麦饭石一样，同样测麦饭石处理梨汁的透光率，结果见图2.3。

图2.3PVAm-麦饭石用量对梨汁澄清度影响

由图2.3可见，PVAm-麦饭石澄清剂对梨果汁具有明显的澄清作用。

当PVAm-麦饭石的添加量为0.5g/L时，透光率达80%以上，PVAm改性麦饭石加量为0.8g/L时透光率最大，为98.7%。

麦饭石虽然具有一定的澄清效果，但相同条件下澄清效果不如PVAm-麦饭石的效果好。

2.3梨汁pH对澄清效果的影响

麦饭石负载PVAm澄清梨汁，梨汁PH对澄清效果影响很大，不仅影响PVAm-麦饭石的电荷性质及其对果汁中的胶体物质的凝聚作用，而且还影响到梨汁中胶体物质的稳定性。

在温度T=22℃，澄清剂添加量0.80g，作用时间为半个小时的条件下。

pH对澄清效果影响如图2.4,当pH值介于4～5时,PVAm-麦饭石澄清效果都很好，透光率大于90%。

超过这个范围，澄清效果下降，而梨果汁的pH一般都在这个范围内，适合用PVAm-麦饭石澄清。

当pH值介于2～5时,麦饭石澄清透光率大于80%。

超过这个范围，澄清效果下降。

图2.4梨汁pH对澄清效果的影响

2.4作用时间对梨汁澄清效果的影响

在温度T=22℃，pH=5，澄清剂添加0.80g/l的条件。

取梨汁，加入澄清剂，快速搅拌一定时间，离心，测透光率，结果见图2.5。

从图2.5可见，透光率随着作用时间的增长，先是逐渐增大，到30min时为最大，达98%，当作用时间再增加时，透光率反而减小。

选择作用时间30min

图2.5作用时间对梨汁澄清度影响

可使澄清剂与梨果汁中的絮状物充分接触，使其沉降，得到的梨汁澄清效果最佳。

2.5温度对梨汁澄清效果的影响

在pH=5，澄清剂添加0.80g/l，作用时间为半个小时的条件下，分别10~60℃的温度下试验，得到温度对梨汁澄清效果的影响如图2.6。

图2.6温度对梨汁澄清效果的影响

从图2.6可见，温度升高能使澄清效果增强，20℃左右透光率最大，但如果温度再高，对PVAm-麦饭石澄清剂反而不利，这是因为温度升高会增加芳香物质的损失。

麦饭石在30℃~50℃透光率相对大。

因此，合适的操作温度是20℃左右用PVAm-麦饭石澄清剂进行澄清处理效果好。

2.6PVAm-麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响

表2.1PVAm-麦饭石澄清剂添加量对梨汁中果胶的影响

澄清剂添加量（%）00.41.181.552.12.6

果胶含量+++++++-----

注：

++表示检出，+－不能确定，－未检出。

由表2.1可以看出，PVAm-麦饭石对梨汁中果胶吸附作用，因PVAm-麦饭石添加量而异。

当添加量达到1.5%以上时，果胶基本上鉴定不出。

这是因为聚乙烯胺（PVAm）溶于酸性溶液后，氨基的存在使其带正电，它与果汁中果胶（主要成分半乳糖醛酸）等带负电荷物质相互作用，从而破坏胶体结构，产生絮凝沉淀，因吸附果胶使梨汁澄清[1]。

2.7麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响

表2.2麦饭石澄清剂添加量对梨汁中果胶的影响

果胶含量+++++-+-----

由表2.2可以看出，麦饭石对梨汁中果胶吸附作用，因麦饭石添加量而异。

当添加量达到1%以上时，果胶基本上鉴定不出。

这是由于麦饭石属多孔性矿石，呈现出多孔状和海绵状结构，并具有良好的吸附性。

3结论

以N-乙烯基甲酰胺（NVF）为原料，进行自由基聚合法制备聚N-乙烯甲酰胺（PNVF），然后采用碱性条件对PNVF进行水解，得到PVAm；

然后利用孔状结构和一定生物活性的矿物保健药石——麦饭石和高胺化度的PVAm为原料，利用浸渍法制备麦饭石负载PVAm复合物，将所得的复合物初步用于梨汁的澄清，研究其澄清效果和最佳处理工艺。

考察合成产品对梨汁澄清的影响，得到以下主要结论：

从上述的实验结果看，PVAm改性麦饭石对梨汁澄清效果比较好，其澄清最佳的条件是PVAm改进麦饭石质量0.8g/l，温度20～30℃，梨汁pH4～5，搅拌时间为30min，其透光率达95%以上。

参考文献

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4113-411.

致谢

首先衷心感我的导师王毓副教授，本论文是在王毓老师的悉心指导下完成的。

导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。

不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。

本次论文从选题到完成，每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。

在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢!

在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。

所以在此，再次对老师道一声：

老师，谢谢您!

感谢实验室的同学对我的关心和帮助使我的论文得以顺利完成。