壳聚糖改性及其衍生物在水处理中的应用_迟赫

第38卷第10期辽宁化工Vol.38,No.102009年10月LiaoningChemicalIndustryOctober,2009壳聚糖改性及其衍生物在水处理中的应用迟赫,杨维,赵海东,魏志宇(沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168)摘要:研究壳聚糖改性及其衍生物在水处理中的应用。壳聚糖衍生物能够有效去除水中重金属离子、COD和色度等,且无二次污染。与传统壳聚糖衍生物相比,壳聚糖复合衍生物更经济、高效,合成性能更为优良的新型壳聚糖衍生物,与其他技术联合使用,对复杂水的处理能力更强。关键词:壳聚糖;水环境;复合改性;应用;交联;接枝中图分类号:O636.1文献标识码:A文章编号:10040935(2009)10072303壳聚糖(CTS)是一种直链型的天然高分子有机物,化学名称为(1,4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖。壳聚糖资源非常丰富,除了天然存在于毛霉等菌目中[1],主要由甲壳素脱乙酰化而得到,其原料甲壳素分布广泛,多存在于甲壳纲动物(虾、蟹、昆虫)的甲壳、真菌和植物的细胞壁中[2],生物合成量约为1.0×1011t/a,是自然界中仅次于纤维素的第二大再生资源。1811年,法国科学家H.Braconnot最早从菌类中提取出甲壳素,1859年,Rouget将甲壳素置于KOH溶液,首次制得壳聚糖[3]。壳聚糖是目前发现的唯一天然碱性多糖。化学性质稳定,不溶于水、碱和一般有机溶剂,但可溶于稀盐酸、硝酸等部分无机酸和大多数有机酸溶液[4]。壳聚糖本身无毒、无害、易生物降解,分子内含有-OH和-NH2等活性基团,具有很高的化学活性,易发生水解、羧基化、交联等反应而获得新的结构和性能。这些特性使其在水环境处理等领域中得到广泛应用。1977年,日本首次将壳聚糖作为絮凝剂来处理废水。近年来的相关研究成果表明,壳聚糖直接作为吸附絮凝剂已在水环境处理中起到了积极的作用。易怀昌等[5]采用壳聚糖处理酸性染料废水中的兰纳洒脱酱红B(ABB)和尼龙山黄N-3RL(NYN),效果显著,CTS对ABB和NYN的吸附容量分别达244.45mg/g和239.14mg/g。但壳聚糖水溶性差,分子中的-NH2易质子化等不足限制了其应用效果。当今,国内外的研究者基于壳聚糖的结构和特性,对其进行多方面的改性研究并制备其衍生物,使壳聚糖在水环境处理等方面有了新的应用价值。1壳聚糖改性壳聚糖改性是壳聚糖研究领域中的热点之一,可归纳为传统改性和复合改性。传统改性主要为化学法改性,包括羧基化法、成盐法、交联法和接枝共聚法等。复合改性主要是壳聚糖及其传统改性衍生物与无机物(粘土、硅酸盐、金属氧化物等)的复合,如壳聚糖/蒙脱土、壳聚糖/Fe3O4等。此外,还包括与某些有机高分子、菌丝体等的复合[6]。目前,壳聚糖传统改性已有了较为成熟的理论和技术。经改性后的壳聚糖在自身性能和应用效果方面有了较大的提高。如羧基化能得到含阴离子的两性壳聚糖衍生物,对阴离子型和阳离子型染料废水均有很好的脱色效果[4];交联后的壳聚糖可改善质子流失,提高稳定性;交联接枝和冠醚交联等是当前研究较多的传统改性方法,它们带入了新的活性基团,进一步增加了壳聚糖的吸附位点,拓宽其pH适用范围,提高了吸附选择收稿日期:2009-06-07作者简介:迟赫(1983-),女,硕士研究生。性。壳聚糖复合改性是当前最新的改性方法,亦是壳聚糖研究领域内研究的焦点。壳聚糖复合衍生物的研制,旨在开发一种更加高效、经济的水处理剂,处理含有多种成分的复杂水样。与传统壳聚糖衍生物相比,复合衍生物可以兼具载体材料的优点,如比表面积大,多孔性强,机物机械性好等[6]。另外载体材料本身就有优良的吸附剂,可与壳聚糖发生共同吸附使吸附容量增加,减少了壳聚糖的用量、降低了成本。因此,壳聚糖在水环境处理中体现出了更多应用前途和价值。2壳聚糖衍生物在水处理中的应用壳聚糖及其衍生物作为水处理剂有絮凝性好、吸附螯合能力强、无毒或低毒及无二次污染等优点,在水环境处理中越来越受到国内外的关注,美国主要将其用于给水及饮用水的净化,我国则将其广泛应用于给水及饮用水、工业废水和生活废水的净化,有效去除金属离子、COD、染料、N和P等,还具有抑菌作用[7]。将传统壳聚糖衍生物应用于水环境处理的研究已取得了良好的成果。Ramesh等[8],用甘氨酸对EGDE-CTS接枝,得到GMCCR,在pH值为1～4时,对Au3+、pt4+、pd2+具有很好的吸附能力。曲荣君等先后以Cu2+和Ni2+为模板剂[9-10],类似的,黄晓佳等[11],分别以Zn2+为模板剂合成了交联模板壳聚糖,对水中Cu2+、Ni2+、Zn2+等有较高的选择吸附去除能力。田澍等[12]制备了壳聚糖/丙烯酰胺接枝共聚物(CAM),对废水处理结果表明,CAM对COD的去除率达