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季銨修飾殼聚糖氣凝膠吸附焦糖色素的傳質(zhì)及密度泛函理論分析
來(lái)源:導(dǎo)入 閱讀量: 135 發(fā)表時(shí)間: 2025-05-07
作者: 李明星,黃齊齊,陸海勤,韋艷紅,李文,李凱
關(guān)鍵詞: 回溶糖漿;焦糖色素;吸附;傳質(zhì);機(jī)制
摘要:

本研究合成一種用于回溶糖漿脫色的季銨修飾殼聚糖氣凝膠(quaternary ammonium-modified chitosan aerogel,QCSA)。以焦糖色素(回溶糖漿代表性色素)為吸附模型底物,考察QCSA吸附性能;采用新型Wen Li-Wei Wei吸附傳質(zhì)混合(Wen Li-Wei Wei adsorption mass transfer mixed,LWAM)唯象數(shù)學(xué)模型解析QCSA吸附焦糖色素傳質(zhì)機(jī)制;應(yīng)用密度泛函理論(density functional theory,DFT)探究QCSA吸附焦糖色素微觀相互作用機(jī)制。結(jié)果表明,在焦糖色素初始質(zhì)量濃度60、80、100 mg/L條件下,QCSA平衡吸附量分別為198、263、308 mg/g,相應(yīng)焦糖色素去除率分別為99.8%、98.2%、92.4%。LWAM唯象數(shù)學(xué)模型解析表明,吸附限速步驟由外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散及位點(diǎn)結(jié)合共同決定。DFT分析表明,QCSA吸附焦糖色素機(jī)制以靜電相互作用主導(dǎo),在—COO-/—COOH(焦糖色素)氧原子與—OH/—NH3+(質(zhì)子化QCSA)氫原子間產(chǎn)生氫鍵等弱相互作用,且焦糖色素分子為氫鍵受體。其中,O···H氫鍵發(fā)揮重要作用,其局部表面積占總氫鍵表面積的37.88%。綜上,LWAM唯象數(shù)學(xué)模型可準(zhǔn)確計(jì)算吸附過(guò)程任意時(shí)刻液膜、孔道及位點(diǎn)捕獲量,為闡明吸附傳質(zhì)機(jī)制提供新視角。DFT分析有助于在原子水平上解析吸附體系中分子間相互作用,為優(yōu)化吸附劑設(shè)計(jì)提供理論支持。

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