毕业设计(论文)-麦饭石负载PVAm对梨汁澄清工艺的研究.doc

学科分类号150

本 科 毕 业 论 文

题 目 麦饭石负载PVAm对梨汁澄清工艺的研究
姓 名 学 号
院 （系 ） 化 学 与 生 命 科 学 学 院
专 业 化 学 年 级 2011级
指导教师 职 称 副 教 授

二○一五 年五 月

贵州师范学院毕业论文

贵州师范学院本科毕业论文诚信声明
本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业论文作者签名：
年 月 日

目录

摘要 1
ABSTRACT 2
0引言 3
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
1.2.1 PNVF的合成 4
1.2.2制备PVAM 5
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
2.6 PVAM-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0.80 g/L、澄清时间30 min、澄清温度22 oC，pH 5.2下的透光率为95%。
关键词：麦饭石；聚乙烯胺（PVAm）；梨汁；澄清

Abstract
In order to improve the absorption and utilization performance of Maifanshi, polyvinylformamide (PNVF) was synthesized with N-vinyl formamide as raw materials; the polyvinylamide (PVAm) was prepared by the alkali hydrolysis of PNVF; PVAm was intercalated into Maifanshi to prepare Maifanshi loaded PVAm composite with high amination degree. The structure of Maifanshi loaded PVAm composite was characterized by FTIR and TG. Effects of Maifanshi loaded PVAm composite on pear juice clarification were analyzed by infrared spectum analysis. The results showed that PVAm had been inserted into Maifanshi layers successfully, which improved the absorption properties of Maifanshi by expanding the interlayer spacing, Maifanshi loaded PVAm composite has preferable clarification effects on pear juice, and obviously better than Manfanshi. Under the most optimal conditions of Maifanshi loaded PVAm composite dosage 0.8 g/L, clarifying time 30 min, clarifying temperature 22 oC, and pH 5.2, the transmittance of pear juice reaches 95%.
Keywords: stone; polyethylene amine (PVAm); pear juice;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
1.2.1 PNVF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1 PVAm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Nicolet MX-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1000-1100 cm-1之间的Si-O-Si键的不对称伸缩振动吸收峰、790 cm-1处Si-O-Si的对称伸缩振动吸收峰及3400 cm-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2925 cm-1和2854 cm-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2.3 PVAm- 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。
2.6 PVAm-麦饭石添加量对梨汁中果胶的影响
表2.1 PVAm- 麦饭石澄清剂添加量对梨汁中果胶的影响
澄清剂添加量(%) 0 0.4 1.18 1.55 2.1 2.6
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
澄清剂添加量(%) 0 0.4 1.18 1.55 2.1 2.6
果胶含量 ++ ++ +- +- -- --
注：++ 表示检出，+ －不能确定，－未检出。
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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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。

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