壳聚糖的制备及其在废水处理中的应用文献综述

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1、河北科技师范学院08届论文文献综述壳聚糖的制备及其在废水中的应用尚艳芬指导老师：刘璐（河北科技师范学院理化学院应用化学0803班）摘要：壳聚糖是一种对环境友好同时具有多种特性的天然高分子聚合物。以壳聚糖及其衍生物处理工业废水，安全无毒、可生物降解、无二次污染。本文主要介绍了壳聚糖的制备方法及其在废水处理中的应用，并指出壳聚糖在废水处理方面具有广泛的应用前景。对国内外近年来壳聚糖及其衍生物在印染、电镀、食品加工、造纸等工业废水处理方面的研究和应用进行了扼要的综述。关键词：壳聚糖；制备；废水处理；应用研究壳聚糖是甲壳素经化学法处理脱乙酰基后的产物，是至今发现

2、的唯一天然碱性多糖。纯品的壳聚糖是带有珍珠光泽的白色片状或粉末状固体，相对分子质量因原料不同而从数十万到数百万。因制备工艺条件和需求不同，脱乙酰度由60%至100%不等，壳聚糖脱乙酰度越高，相对稳定性越低，但机械强度增大，生物相容性增加，吸附作用增强[1]。壳聚糖对许多物质具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和与氨基相邻的羟基与许多金属离子（Hg2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ag+等）[2]能形成稳定的螯合物，用于治理重金属废水、净化自来水及在湿法冶金中分离金属离子等。此外，壳聚糖能通过络合及离子交换的作用，对染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酶、

3、卤素等进行吸附，用于染料废水、印染废水、食品工业废水的处理[3]，从而净化环境，保护人类健康。壳聚糖分子链上分布着大量的游离羟基和氨基，尤其在一些稀酸溶液中容易质子化，从而使壳聚糖分子链上带有大量的正电荷，成为一种可溶性的聚电解质，具有阳离子型絮凝剂的作用。羧基及氨基基团是亲基团，具有较强的吸湿性，因此还可以用做污泥脱水剂。更为可贵的是，壳聚糖是一种天然高分子化合物，是安全无毒、可生物降解、环境友好的。1壳聚糖的制备甲壳素是类似纤维素的生物聚合物，是许多低等动物特别是节肢动物如虾、蟹和昆虫等外壳的重要成分，同时也存在于低等植物，如菌、藻类的细胞壁中,分布

4、十分广泛。甲壳素主要以无机盐(主要是碳酸钙)及蛋白质结合形式存在。其中尤以虾蟹壳中的含量最高，在虾壳中约含20%~25%，在蟹壳中含17%~18%。自然界中每年生物合成的甲壳素估计有数十亿吨之多,来源十分丰富。甲壳素可直接从虾、蟹壳及柠檬酸发酵的菌体等多种原料中分离得到,再经过一系列环节得到壳聚糖。传统工艺在非均相下脱乙酰化得到的壳聚糖一般脱乙酰化度在80%左右，产品既不溶于水也不溶于稀酸。如果在均相进行脱乙酰化反应则可得到脱乙酰化度50%左右且能溶于中性水的壳聚糖[4]。据认为，这种差异是由于在两种反应条件下得到的产物中,脱乙酰的基在分子链上的分布不同

5、所造成的。近年来人们对制取甲壳素、壳聚糖的工艺研究十分活跃,7河北科技师范学院08届论文文献综述陈德智等人将传统工艺进行了改进。郭国瑞等人用二次干法制取了脱乙酰度大于75%的壳聚糖，降低了原料消耗和能耗。陈昌康采用40%-50%的NaOH溶液进行脱乙酰化反应，制得了粘度高、色泽纯白的壳聚糖。江龙法等人采用一定真空度下的NaOH溶液处理甲壳素制得稳定性好的水溶液甲壳素。郭振楚等人最近采用浓度递减,循环浸酸以及与脱蛋白的交叉处理工艺来制取甲壳素,并用浓碱在一定真空度下处理甲壳素,得到了脱乙酰度为91%的壳聚糖[5]。目前,一些科研工作者正在探索发酵法生产壳聚

6、糖的新途径。2壳聚糖的螯合和吸附作用2.1对金属离子的螯合作用壳聚糖能通过分子中的氨基、羟基与Hg2+、Ni2+、Cu2+、Au3+、Ag+等重金属离子形成稳定的螯合物,但一般不能络合钙金属与钙土金属离子[6],当在非均相得到的壳聚糖通过螯合作用对水溶液中的金属离子Hg2+、Cu2+进行吸附时,吸附量随着脱乙酰化产物结晶性的下降和脱乙酰度的提高而提高,同时,在均相条件下得到的壳聚糖在脱乙酰度50%-60%时,由于对水的亲和性最大,吸附量也最大。何松裕等人用非均相制得脱乙酰度75%的壳聚糖对有毒及放射性离子Cd2+、Pb2+、U6+、Th4+进行吸附,在p

7、H≥7时,除Pb2+的吸附率较低外,其余三种离子的吸附率均大于90%[7]。2.2对非金属物质的吸附作用壳聚糖能通过络合、离子交换等作用对染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酚、卤素等进行吸附。带有磺酸基团的染料在硫酸水溶液中可通过离子交换作用被甲壳素吸附,以吸附染料、卤素及酶为例介绍如下。2.2.1染料发现若干种染料对甲壳素的亲和性随着染料分子中苯核数增加而提高。同时由于每个染料分子上只能有一个磺酸基在壳聚糖的阳离子位置上进行离子交换,其余的磺酸基团因立体位置的限制依然留在水中,因而染料分子的进一步磺化反而使亲和性下降。2.2.2卤素　壳聚糖与甲壳素用碘—碘化

8、钾水溶液处理时,因吸附作用,呈现明亮的紫色。壳聚糖不但能吸附碘,也能吸附溴,在极