论文总字数：13570字

摘 要

近年来，随着人们生活水平的提高，不断追求更健康环保的装修建筑材料，由此引发建筑材料造成的空气污染，对人体健康造成危害的问题层出不穷，尤其是甲醛这种空气污染物浓度严重超标，对人们的生活和健康产生了很大的影响。因而本课题主要针对以β-环糊精制备气凝胶的水浴加热温度条件优化，并对不同温度下制备的β-环糊精气凝胶对甲醛的吸附做探索。

本课题采用交联聚合法，在碱性溶剂中，以环糊精为基础物质，环氧氯丙烷为交联剂，聚乙二醇为聚合物，采用水浴加热的方式制备β-环糊精聚合物水凝胶，再经过老化和真空干燥处理，得到β-环糊精聚合物气凝胶新材料。结果表明：随着水浴加热的温度提高，制备β-环糊精水凝水凝胶的时间逐渐减少，其中65℃的合成时间是最少的为25mins,比45℃下制备的β-环糊精的时间缩短了4.5倍；以1个小时为吸附时间，测定不同温度下制备的气凝胶对甲醛的吸附性能，得出β-环糊精气凝胶对甲醛确实有吸附，一个小时内的平均吸附率是28.2%，但温度不是影响β-环糊精气凝胶吸附的主要原因；65℃下制备出来的气凝胶在一个小时内吸附甲醛的含量最多，并探究以65℃制备的气凝胶对甲醛不同时间段的吸附量差异，结果显示随着吸附时间的增加，气凝胶对甲醛的吸附速率逐渐减慢，在12小时以后吸附放缓。

关键词：β-环糊精 甲醛吸附 气凝胶 空气污染

Preparation of β-cyclodextrin aerogel and adsorption of formaldehyde

ABSTRACT

Nowadays, with People's income increases, the healthier and more environmentally-friendly decoration building materials was pursuited , resulting in air pollution caused by building materials, endangered human health problems, especially formaldehyde, the concentration of air pollutants is serious Exceeding the standard has a great impact on people's lives and health. Therefore, this topic is mainly aimed at optimizing the heating temperature conditions of water bath prepared by β-cyclodextrin, and exploring the adsorption of formaldehyde by β-cyclodextrin aerogel prepared at different temperatures.

This subject uses cross-linking polymerization method, in the alkaline solvent, cyclodextrin-based material, epichlorohydrin as cross-linking agent, polyethylene glycol as polymer, water-bath heating method to prepare β-cyclodextrin The polymer hydrogel is subjected to aging and vacuum drying to obtain a new material of β-cyclodextrin polymer aerogel. The results show that while the bath heating’s temperature increases, the time for preparing the β-cyclodextrin hydrogel is gradually reduced, and the synthesis time at 65 ° C is the minimum of 25 mins, compared with the β-cyclodextrin prepared at 45 ° C. The time was shortened by 4.5 times; the adsorption performance of the aerogel prepared at different temperatures was determined by using 1 hour as the adsorption time, and it was found that the β-cyclodextrin aerogel did adsorb to formaldehyde within one hour. The average adsorption rate is 28.2%, but the temperature is not the most important factor for the adsorption of β-cyclodextrin aerogel; the aerogel prepared at 65 °C adsorbs the most formaldehyde in one hour, and explores the preparation at 65 °C.

The difference of the adsorption amount of aerogel on formaldehyde in different time periods shows that the adsorption rate of formaldehyde in aerogel gradually slows down with the increase of adsorption time, and the adsorption slows down after 12 hours, even without adsorption.

Key words: β-cyclodextrin formaldehyde adsorption aerogel air pollution

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 环糊精 1

1.1.1 环糊精概述 1

1.1.2 环糊精的组成及理化特性 1

1.1.3 环糊精的应用 2

1.2 β-环糊精气凝胶对甲醛的吸附特性 2

1.3 酚试剂分光光度法测甲醛 2

1.4 本课题的研究内容及意义 3

第二章 实验材料与方法 4

2.1实验材料与仪器 4

2.1.1 实验材料 4

2.1.2 实验仪器 4

2.2实验方法 4

2.2.1合成β-环糊精水凝胶 4

2.2.2 制备β-环糊精气凝胶 5

2.2.3 配制甲醛测试溶液及甲醛测试步骤 5

2.2.4 对采样进行测试和分析 5

2.2.5 测定公式与计算 7

第三章 结果与讨论 9

3.1 制备环糊精的水浴温度和时间的关系 9

3.2 不同温度下制备的气凝胶对甲醛的吸附 10

3.3 65℃下制备的气凝胶不同时间段的甲醛吸附量 12

3.4 金相显微镜测试数据 13

3.5 气凝胶的聚合物的热重分析 13

第四章 结论与展望 15

4.1 结论 15

4.2 展望 15

参考文献 17

致 谢 19

第一章 文献综述

1.1 环糊精

1.1.1 环糊精概述

环糊精(Cyclodextrin)是在芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶的作用下，直链淀粉产生的一系列通过1，4—糖苷键连接的含有６～12个Ｄ—吡喃葡萄糖苷单元的环状低聚糖总称^[1]。白色粉末状的β—环糊精结构中有许多羟基，让它的极性高，在乙酸乙酯、醚、乙醇、甲醇中的溶解度小，在二甲基亚砜、吡啶等极性高的溶剂中易溶解^[2]。而因其结构的特殊性，人们对其结构进行改性，使之具备多种优点，从而在医药，食品，分析化学，环保等领域得广泛应用^[3]。

1.1.2 环糊精的组成及理化特性

最常见的环糊精（CD）是α-CD，β-CD和γ-CD环糊精，其聚合度分别为6,7和8个1,4-糖苷键^[1]。α-CD分子空隙小，一般只含有小分子物质，应用范围小; γ-CD具有大的分子空隙，但由于价格原因，它应用受到限制。β-CD具有中等分子空隙，应用范围广，生产成本低，是工业上使用最多的环糊精产品。^[4]。 因而目前研究最多的是β-环糊精，其分子式是C₄₂H₇₀O₃₅ ,是一种白色结晶^[5]。在水中的溶解度比较低，在室温下为1.85%，溶解度随着温度增加而增加^[5]，但β-CD的疏水区域及催化活性有限，使其在应用上受到一定限制。在相对湿度50-70%之间的水合程度，相当于每分子β-环糊精吸收10-11个水分子(含水量在13.7-14.8%)，吸湿等温曲线为两个相。环糊精的分子结构呈锥型状的圆筒形，分子的外部边缘多是亲水性的羟基，C—H键和C—O—C键攒聚在分子内部，这种结构让环糊精形成内疏水、外亲水的空腔结构^[5]。基于环糊精特有的这种结构，使得它可以与许多无机和有机化合物形成包合物,对客体具有屏蔽，控制释放，活性保护等功能^[6]。同时因环糊精(cyclodextrin，CD)是具有纳米尺寸的截锥形空腔结构低聚糖，其“外亲水，内疏水”性质使其对许多尺寸匹配的有机分子特别是芳香类分子具有独特的包结作用，从而形成“包结配合物”(inclusion complexes) ^[7]。

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