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—— 中国食品杂志社
本研究合成一种用于回溶糖浆脱色的季铵修饰壳聚糖气凝胶（quaternary ammonium-modified chitosan aerogel，QCSA）。以焦糖色素（回溶糖浆代表性色素）为吸附模型底物，考察QCSA吸附性能；采用新型Wen Li-Wei Wei吸附传质混合（Wen Li-Wei Wei adsorption mass transfer mixed，LWAM）唯象数学模型解析QCSA吸附焦糖色素传质机制；应用密度泛函理论（density functional theory，DFT）探究QCSA吸附焦糖色素微观相互作用机制。结果表明，在焦糖色素初始质量浓度60、80、100 mg/L条件下，QCSA平衡吸附量分别为198、263、308 mg/g，相应焦糖色素去除率分别为99.8%、98.2%、92.4%。LWAM唯象数学模型解析表明，吸附限速步骤由外扩散、内扩散及位点结合共同决定。DFT分析表明，QCSA吸附焦糖色素机制以静电相互作用主导，在—COO－/—COOH（焦糖色素）氧原子与—OH/—NH3＋（质子化QCSA）氢原子间产生氢键等弱相互作用，且焦糖色素分子为氢键受体。其中，O···H氢键发挥重要作用，其局部表面积占总氢键表面积的37.88%。综上，LWAM唯象数学模型可准确计算吸附过程任意时刻液膜、孔道及位点捕获量，为阐明吸附传质机制提供新视角。DFT分析有助于在原子水平上解析吸附体系中分子间相互作用，为优化吸附剂设计提供理论支持。
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