Page 107 - 《精细化工》2020年第6期
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第 6 期 乔宗梅，等: 微波辅助制备 β-环糊精纳米海绵 ·1173·
式中：m 1 —产物 NSCD 的质量，g；m 2 —β-CD 和 Y 68.94 5.20 A 0.11 B
DPC 的总质量，g。 6.51 A 2 8.23 B 2 13.03 C 2 （2）
1.3 结构表征与性能测试 0.05 AB 0.45 AC 0.28 BC
FTIR：用溴化钾压片法制样，待测样品与溴化钾 式中：Y—产物收率，%；A—反应时间，min；B—反
–1
的质量比为 1∶100，波数测试范围：4000~500 cm 。 应温度，℃；C—物料物质的量比。
XRD 测定条件：靶材 Cu，管电压 40 V，管电流
表 2 Box-Behnken 实验设计及响应结果
40 mA，2θ 角扫描范围为 5°~60°。SEM：将样品通 Table 2 Box-Behnken experimental design and response results
过导电胶粘在铅样品座上，然后在氩气气氛下喷金 反应温度 物料物质的
90 s。DSC：将称重的样品（5 mg 左右）密封在标 运行序号 反应时间 B/℃ 量比 C 收率/%
A/min
准的高压不锈钢坩埚中，测试温度范围 50~400 ℃， 1 80 100 1∶10 54.2
在氮气氛中的升温速率为 4 ℃/min，氮气吹扫速率 2 60 100 1∶7 48.6
50 mL/min。BET：样品在氮气中吸附，120 ℃下预 3 80 80 1∶4 41.7
热 2 h，测试样品的比表面积及平均孔径。 4 80 90 1∶7 65.3
1.4 优化方案设计 5 60 80 1∶7 45.5
微波辅助制备 β-环糊精纳米海绵的工艺设计是 6 100 100 1∶7 62.8
基于已有的传统水热法 [19] ，在单因素实验探究结果 7 80 90 1∶7 71.4
的基础上最终确定固液比〔固体 β-CD（g），液体 8 100 80 1∶7 59.9
DMF（mL）〕为（0.20~0.25）∶1，适量的 TEA 作催 9 80 90 1∶7 69.6
化剂时，交联反应正常进行。在此基础上，通过在 10 80 90 1∶7 70.2
微波反应器中探究反应时间、反应温度和物料的物 11 80 90 1∶7 68.2
质的量比 n（β-CD）∶n（DPC）对产物收率的影响， 12 60 90 1∶10 51.8
13 100 90 1∶10 57.4
以确定各因素的最优反应条件。经过初步筛选，确
14 60 100 1∶4 38.6
定了反应时间、反应温度和物料物质的量比分别在
15 80 80 1∶10 56.2
60~100 min、80~100 ℃、1∶（4~10）范围内对产物
16 100 90 1∶4 47.9
收率的影响最大。设计实验因素编码及水平见表 1。
17 60 90 1∶4 40.5
表 1 设计实验因素编码及水平 表 3 实验因素回归模型的方差分析
Table 1 Codes and levels of design factor Table 3 Analysis of variance (ANOVA) of factors parameters
因素
水平 来源 自由度 平方和 均方 F 值 P 值 显著性
反应时间 A/min 反应温度 B/℃ 物料物质的量比 C
模型 9 1842.75 204.75 18.26 0.000 显著
–1 60 80 1∶4
A 1 216.32 216.32 19.29 0.003
0 80 90 1∶7
B 1 0.10 0.10 0.010 0.927
1 100 100 1∶10
C 1 323.85 323.85 28.88 0.001
2 结果与讨论 AB 1 0.01 0.01 0.000 0.977
AC 1 0.81 0.81 0.070 0.796
2.1 实验设计与结果 BC 1 0.30 0.30 0.030 0.874
利用 Minitab17.0 软件设计了基于反应时间 A 2 1 178.31 178.31 15.90 0.005
（A）、反应温度（B）、物料物质的量比（C）的三 B 2 1 285.36 285.36 25.45 0.001
2
因素三水平的 Box-Behnken 实验，结果见表 2。对 C 1 715.14 715.14 63.77 0.000
表 2 中实验数据进行方差分析，结果见表 3。根据 残差 7 78.50 11.22
表 3 的结果显示，该实验建立的回归模型 P=0.000， 失拟误差 3 56.63 18.88 3.45 0.131 不显著
模型效果显著，失拟误差 P>0.05 不显著，方差分析 纯误差 4 21.87 5.47
2
该模型的决定系数 R =0.959，表明有 95%左右的响 总和 16 1921.26
2
R =0.959
应值能很好地由此模型解释，仅存在不到 5%的总变
异不适用该模型，以上结果分析均表明该模型具有 对拟合方程求一阶偏导等于 0，解三元一次方
统计学意义，可以应用实验预测，对实验结果的模 程组求得 A=87 min，B=90 ℃，C=1∶7.75，即为该
拟具有可靠性。方差分析得到二次多项式回归拟合 模型下各因素的最优化反应条件，由最优条件可预
方程见式（2）： 测收率为 70.71%。
