1、精選優質文檔-傾情為你奉上殼聚糖在水處理上的改性及應用摘要：殼聚糖作為一種來源廣泛的無毒無害的高分子聚合物，因其在酸性溶液中其氨基可結合H+，是一種典型的陽離子聚電解質,能夠吸附絮凝廢水中有機物，同時其氨基還能鰲合去除許多重金屬離子，是一種優良的水處理劑。本文介紹了它在水處理中的研究和應用情況。關鍵詞：殼聚糖；水處理；改性；應用1 簡介殼聚糖(Chitosan，簡稱CTS)是甲殼素脫乙酰化產物，廣泛存在于蝦、蟹和昆蟲外殼及藻類、菌類細胞壁中，年產量僅次于纖維素，為第二大天然高分子聚合物，是迄今為止發現的唯一天然堿性多糖，是由-(1,4)-2-乙酰胺基-D-葡糖單元和-(1,4)-2-氨基-D-

2、葡糖單元組成的共聚物，具有安全無毒性、成膜性和抑菌性等，廣泛用于農業、環保、醫藥、化妝品等領域。隨著我國經濟的迅速發展，人口的增加，人民生活水平的逐步提高,工業化和城市化步伐的加快，用水量急劇增加，污水排放量也相應增加，加劇了淡水資源的短缺和水環境的污染，使地表水，尤其是城市河流水水質逐年變差，水質惡化失去了水源水的利用價值。為保證水資源的可持續利用，解決水環境污染問題，國內外在水處理方面做了大量工作，開發了多種水處理工藝，如生化法、離子交換法、吸附法、化學氧化法、電滲析法和污水生態處理技術等1。其中以殼聚糖為主體而研發出的一系列方法以其處理效率高、經濟、簡便的特點成為世界各國普遍使用的一種水

3、質處理技術，而且處理水的種類也很多。本文就殼聚糖于近幾年在水處理方面的改性及應用研究進展作一個小綜述。 2 殼聚糖水處理原理殼聚糖分子鏈中含有豐富的氨基和羥基，使其能與水中的金屬離子螯合，從而對其進行吸附。此外，殼聚糖在酸性溶液中會形成聚陽離子電解質，顯示出良好的絮凝性能，并能實現對水溶性有機污染物的脫除。 3 放射性水污染處理殼聚糖是自然界存在的唯一堿性多糖，最終降解成水，二氧化碳等，而且無毒害，對環境非常友好。基于殼聚糖具有絮凝、吸附及無二次污染等綜合性能。因此殼聚糖已經成為放射性水處理研究的焦點。但是殼聚糖也有不足之處，如在污水處理后不易于回收再利用。因此將具有磁響應性的Fe3O4和殼聚

4、糖復合制備出磁性殼聚糖微球，這使得殼聚糖在水處理方面更加有前景2。目前制備磁性殼聚糖主要有兩類方法，一是兩步法：即先合成Fe3O4納米顆粒，再以Fe3O4為核，用殼聚糖包裹；二是以殼聚糖微球為核，將Fe2+，Fe3+離子的形式滲入殼聚糖微球，再于堿性條件下原位合成。其中，合成Fe3O4納米顆粒的方法主要有：共沉淀法、水熱法、微乳液法、離子組裝法；制備磁性殼聚糖微球的方法主要有：沉淀法、反相懸浮交聯法、高壓靜電法、噴霧干燥法。殼聚糖磁性微球對于金屬離子的吸附主要是通過利用殼聚糖分子鏈上的氨基與金屬離子發生的螯合作用。金玉仁等3研究了磁性殼聚糖對三價錒系和鑭系元素（錒系元素具有放射性，鑭系元素一般

5、不具有放射性，但其部分同位素具有放射性）的吸附性能發現：磁性殼聚糖在硝酸介質中穩定，介質的pH>2時，磁性殼聚糖對金屬離子有明顯的吸附作用，在pH>5時磁性殼聚糖對錒系和鑭系元素的吸附率達到95%到99%。磁性殼聚糖吸附金屬離子的順序是Am(III)>Cm(III) >Eu(III)>Tm(III)。磁性殼聚糖在吸附金屬離子時可在45 s內達到吸附平衡。為了進一步提高殼聚糖磁性微球對金屬離子的吸附能力，人們通過化學改性手段增強磁性殼聚糖鏈上螯合基團的含量。周利民4等采用乙二胺改性殼聚糖磁性微球（EMCS），考察了其對水溶液中Hg2+和UO22+吸附性能。結果表明，

6、pH同時影響鈾離子的存在形態和吸附劑的表面電荷。當pH<2.5時，鈾離子主要以UO22+的形式存在，EMCS表面由于氨基質子化而帶正電，與UO22+陽離子產生電荷排斥，不利于UO22+吸附，因此EMCS對UO22+幾乎無吸附；當2.5<pH<5時，鈾離子以UO22+和UO2(OH)+為主要存在形態，吸附量隨pH逐漸增大；當pH>5時，吸附容量隨pH升高迅速增加。EMCS可用1mol·L-1H2SO4再生，對UO22+脫附率92.7%，用2 mol·L-1HC1脫附，脫附率為91.2%，而且EMCS重復使用5次后，對UO22+的飽和吸附容量僅約下降10

7、%，說明EMCS有良好的重復使用性。Koji等5用苯基砷酸改性殼聚糖樹脂，改性殼聚糖樹脂對于微量鈾的有較好的富集能力，特別是在pH為48時對U(VI)的吸收率幾乎100%。并且在用3,4-二羥基苯甲酸改性殼聚糖樹脂(CCTS-DHBA)時，CCTS-DHBA對UO22+的螯合吸收能力高達330 mg·g-1，甚至堿性或者富含堿土元素陽離子時CCTS-DHBA對鈾的回收效果仍然顯著。因此CCTS-DHBA對多種水體，如自來水中，河水中和海水中對微量鈾的吸附和富集效果好，回收率到達97.9%100%。并且上述改性殼聚糖吸附UO22+后用濃度為1 mol·L-1的硝酸很容易分離。

8、4 工業廢水處理工業廢水含有多種污染物，包括無機污染物重金屬陽離子、部分陰離子及有機污染物等，其中的有些污染物不僅具有致癌作用，還會引起神經中毒、代謝紊亂和肝臟中毒等，廢水凈化已成為十分重要的問題，研究發現在處理廢水中的有機污染時，介孔分子篩(MCM)負載殼聚糖對此有很好的吸附效果6。Ilhan等7研究了殼聚糖和MCM-殼聚糖分別對印染工業廢水中產生的有機污染物偶氮染料橙黃II(O-II)、活性艷藍(RB5)和結晶紫(CV)的吸附情況。O-II只能在高溫條件下被吸附，而且MCM-殼聚糖去除O-II的能力大于殼聚糖；CV在低溫下才能較好的被吸附，MCM-殼聚糖對CV的吸附能力小于殼聚糖，MCM-

9、殼聚糖對RB5的吸附能力大于殼聚糖，總之，MCM-殼聚糖在酸性環境中吸附有機染料的能力明顯強于殼聚糖。5 偶氮類廢水處理韓春玉8等用氯化銅和殼聚糖合成了一種新的物質殼聚糖-銅()，熱重分析結果顯示為新物質，并具有很好的活性。對其進行偶氮類廢水處理實驗，在pH在89，殼聚糖-銅()的加入量為12 g·L-1，進行3 min的快速攪拌和10 min的慢速攪拌，沉降30 min的最佳條件下，廢水的色度、濁度、COD的去除率能達到95%以上，說明此種殼聚糖-銅()是偶氮類廢水很好的處理劑，為新型廢水處理劑的開發提供了一種新的途徑。6 食品加工水處理以殼聚糖為主體制備的天然有機高分子絮凝劑分子

10、中含有酰胺基及氨基、羥基，因此具有絮凝吸附等功能。作為線性聚胺，殼聚糖在酸性介質中溶解后，隨著氨基的質子化表現出陽離子聚電解質的性質，不僅對重金屬具有螯合的吸附作用，還可有效吸附水中帶負電荷微細顆粒，因此在電鍍廢水、印染廢水、重金屬廢水和給水凈化等方面應用廣泛。更重要的是，殼聚糖可降解性好，使用過程中不會造成二次污染，因此被廣泛用于食品加工水的處理，可使各種食品加工廢水固形物減少70%98%9。張軼等10采用反向懸浮交聯法制備得到磁性殼聚糖微球，用掃描電鏡對其進行形貌觀察，并研究了該微球對馬鈴薯淀粉廢水中蛋白的吸附效果。結果表明：合成的磁性微球外表呈球形，粒徑為20-50 m；當馬鈴薯淀粉廢水

11、中磁性殼聚糖用量為2 mg·ml-1（磁性殼聚糖微球:馬鈴薯蛋白=4:1），吸附時間為30 min，溫度為45，pH為7.0時，吸附率最高，達到80%。該研究為馬鈴薯淀粉廢水的綜合處理開辟了新的途徑。7 飲用水處理葉霞等11以殼聚糖與硫酸鋁為原料，制備成的復合絮凝劑具有絮體形成迅速、礬花大、易分離等特點，同時減輕了鋁在環境中的二次污染，對城市景觀水的處理效果好。復合絮凝劑不但可以克服單獨使用某一絮凝劑時出現的絮凝效果差、成本高、出水水質差、效率低等不足，而且可以減少處理后水中的某些二次污染物質，減少鋁、鐵等有害金屬離子對人體的危害。因此，高分子復合絮凝劑，特別是天然高分子復合絮凝劑的

12、應用，對飲用水處理是最佳的選擇。8 造紙廢水處理龍柱12利用自制的聚合氯化鋁-有機高分子復合物（PACP）對漂白麥草漿的留著效果進行了研究。結果表明：PACP對提高漂白麥草漿的留著效果有較好的促進作用；在相同條件或相同用量下，PACP的助留效果優于聚合氯化鋁；PACP與兩性淀粉協同作用有助于進一步提高漂白麥草漿的一次留著率。使用PACP處理造紙綜合廢水，出水剩余濁度2 NTU，色度和CODCr去除率分別為90%和80%，而相同條件下用PAC處理后出水剩余濁度7 NTU，色度和CODCr去除率為79%和61%。PACP處理造紙廢水效果明顯。8 果汁澄清水處理作為天然存在的唯一的堿性多糖，殼聚糖與

13、酸或酸性化合物結合后，成為聚陽離子電解質，可與溶液中存在的帶負電荷的蛋白質、纖維素、果膠相互作用而將它們絮凝下來，殼聚糖分子中的乙酰基可通過氫鍵吸附果汁中的某些酚類化合物13。使用殼聚糖作為澄清劑的生產成本較低。海洪等14在經過對殼聚糖處理后的菠蘿果汁的主要成分進行分析后發現，果汁中的總可溶性固形物、還原糖、Vc含量基本沒有變化，果膠已被除去，蛋白質的含量有所降低。這表明殼聚糖對菠蘿果汁的澄清過程對果汁的營養成分影響不大，只是通過電荷吸附和絮凝作用去除了導致果汁渾濁產生沉淀的果膠、部分蛋白質等物質。實驗還研究了殼聚糖澄清菠蘿壓榨果汁的最優條件為：用脫乙酰度90%的殼聚糖，加入量0.6g/L，然

14、后原果汁于40保溫30分鐘，果汁pH為自然pH值，制得的清汁透光率達到98%；貯藏實驗結果表明低溫有利于清汁的貯藏穩定，常溫下整個實驗貯藏期間果汁透光率都大于90%。由此可見，殼聚糖是一種良好的菠蘿果汁澄清劑。9 前景與展望殼聚糖因具良好的成膜、絮凝、吸附、抗菌、螯合等特性，在各類水處理和污泥處理中顯示出其優越的性能，最大的優點是可生物降解，用它作絮凝劑不帶來二次污染，因此，它的開發研制有明顯的增長勢頭。我國殼聚糖的資源極為豐富，探索其在水處理中的應用技術、開發水處理或污泥處理的絮凝劑系列產品，如：殼聚糖改性的不斷深人，殼聚糖及其衍生物的進一步研究與開發利用，其應用前景更為廣闊。參考文獻：1

15、劉睿,周啟星. 水處理絮凝劑研究與應用進展J. 應用生態學報,2005,16 (8):15581562.2 李保強,賀全志,羅陽等. 磁性殼聚糖微球制備及在放射性水污染應用研究進展J. 水處理技術,2010,36(6):1013.3 金玉仁,李冬梅,張寶川. 磁性殼聚糖的制備及其對三價錒系和鑭系元素的吸附性能研究J. 離子交換與吸附,1999,15(02):177-181.4 周利民,王一平,黃群武. 乙二胺改性殼聚糖磁性微球吸附Hg2+和UO2+J. 現代化工,2007,(08):184-188.5 Koji O,Kenji S,Akhmad S,et al. Synthesis of ch

16、itosan resin possessing a phen -ylarsonic acid moiety for collection/concentration of uranium and its determination by ICP-AESJ. Analytical and Bioanalytical Chemistry,2008,390:1927-1932.6 徐彥芹,曹淵,魏紅娟. 介孔分子篩在廢水處理中應用J. 水處理技術, 2010 ,36(2):914.7 Ilhan Uzun,Fuat Güzel. Kinetics and thermodynamics of the adsorption of some dyestuffs and pnitrophenol by chitosan and MCM-chitosan from aqueous solutionJ. Journal of Colloid and Interface Science,2004,274(2):398-412.8 韓春玉,張少華,劉春生. 殼聚糖-銅()的合成及在廢水處理中的應用J. 當代化工,2010,39(5):509511.9 魏媛. 混凝劑在水處理中的研究進展與應用J. 山西建筑,2010,36 (21):167168.10 張軼,楊大林,韓