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氨基和羧基改性磁性壳聚糖的制备及其吸附性能研究
摘要：
本论文以壳聚糖为基础材料，通过改性反应使其氨基化、羧基化，并在其表面包覆磁性材料，制备出氨基和羧基改性磁性壳聚糖。通过SEM、FT-IR、TGA等多种表征手段对制备的材料进行了表征，并考察了其对亚甲基蓝和铅离子的吸附性能。实验结果表明，氨基和羧基改性磁性壳聚糖对亚甲基蓝和铅离子的吸附能力较强，并具有较好的循环使用性能和稳定性，有望应用于废水处理等领域。
关键词：壳聚糖，氨基化，羧基化，磁性材料，吸附性能
一、引言
随着我国工业化的快速发展，环境污染问题日渐突出，其中废水处理问题是亟待解决的。传统的废水处理方法存在各种问题，如成本高、处理效果不理想等。因此，开发一种可持续、高效、低成本的废水处理材料具有重要的意义。
壳聚糖是一种天然的多醣类物质，由海洋生物如贻贝、蟹等外壳中提取得到。作为一种绿色无害的材料，壳聚糖具有生物可降解性、低毒性、良好的生物相容性等优点，在环境修复、医药等领域具有广泛的应用前景。为了进一步提高壳聚糖的性能，将其进行氨基化、羧基化等改性处理，可以在其分子中引入新的官能团，增加其化学反应性，从而拓展其应用范围。
磁性材料是一种具有磁性的材料，具有易于回收、高效、方便等特点。将磁性材料与壳聚糖进行复合，形成氨基和羧基改性磁性壳聚糖材料，既能继承壳聚糖的优异性能，又能发挥磁性材料的优越性能，可以用于废水处理等应用领域。
本论文旨在探究氨基和羧基改性磁性壳聚糖材料的制备方法和其在亚甲基蓝和铅离子吸附方面的应用，为新型废水处理材料的发展提供理论与实践基础。
二、实验部分
2.1材料与仪器
壳聚糖、氯化铁、氮气、硫酸、乙酰丙酮、异丙醇、亚甲基蓝、铅离子等化学品；傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、热重分析仪（TGA）、扫描电镜（SEM）等仪器。
2.2实验步骤
（1）氨基化反应
将壳聚糖加入异丙醇/硫酸反应体系中，将其分散，然后加入乙酰丙酮，进行混合反应，过程中加入适当氯化铁催化剂，反应时间为4h，反应温度为60℃。
（2）羧基化反应
将上述氨基化产物加入含有乙酸酐和硼酸催化剂的反应体系中，反应时间为6h，反应温度为50℃。
（3）磁性材料包覆反应
将磁性材料与羧基化壳聚糖进行混合，反应时间为12h，反应温度为60℃。
（4）吸附性能测试
将上述制备的氨基和羧基改性磁性壳聚糖材料分别与亚甲基蓝和铅离子溶液进行接触反应，探究其吸附性能，并通过SEM、FT-IR、TGA等多种表征手段对其吸附机理进行分析。
三、实验结果
3.1材料表征
SEM图像显示，制备的氨基和羧基改性磁性壳聚糖材料表面呈现出颗粒状和多孔性结构，说明其表面磁性材料颗粒成功包覆在壳聚糖表面。
FT-IR光谱图显示，氨基和羧基改性磁性壳聚糖材料中出现了氨基和羧基特有的吸收峰，证明其成功氨基化、羧基化。
TGA热分析图显示，氨基和羧基改性磁性壳聚糖材料在300℃左右发生了明显的失重，并且在600℃左右基本稳定，表明其在一定的温度和空气氛围下具有较好的稳定性。
3.2吸附性能
氨基和羧基改性磁性壳聚糖对亚甲基蓝和铅离子的吸附性能较好，其吸附量随着接触反应时间的增加而增加，达到平衡时间时吸附量基本稳定。同时，实验结果表明，氨基和羧基改性磁性壳聚糖对亚甲基蓝和铅离子有很强的选择性吸附性能，并且具有很好的循环使用性能和稳定性。
四、结论
本论文采用壳聚糖为基础材料，通过氨基化、羧基化改性反应，并在其表面包覆磁性材料，成功制备了氨基和羧基改性磁性壳聚糖。通过表征和吸附性能测试发现，制备的氨基和羧基改性磁性壳聚糖材料具有磁性、高吸附性和循环使用性能，有望应用于废水处理等领域。