壳聚糖及其磁性复合材料在水处理中应用的研究进展
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1 改性壳聚糖在水处理中应用的进展 1.1 在处理含重金属废水中的应用
目前，通过对壳聚糖进行各种方式的处理从而制备出相应的 改性壳聚糖，其吸附重金属离子的效果往往比单纯地使用壳聚糖 要好多。罗道成等人制备出香草醛改性壳聚糖（VCG），研究了其 对重金属离子的吸附性能，结果表明，在温度为25℃，溶液pH值 为4，吸附时间为2h，初始浓度为30mg/L时，该吸附剂对重金属
环境 n k i.1674-098X.2017.32.107
科技创新导报 2017 NO.32
Science and Technology Innovation Herald
壳聚糖及其磁性复合材料在水处理中 应用的研究进展①
陈力1 祝向荣1* 李国超1 陈秋荣2 (1.上海第二工业大学工学部 上海 201209;2.浙江中科院应用技术研究院 浙江嘉兴 314022)
文章编号：1674-098X(2017)11(b)-0107-02
随着 地 球人口的不断增多以及工业社会的飞 速 发展，水 污染 也 越 来 越严重。水中重金 属含 量的 超 标 以及 水体富 营 养 化使得 我国逐 渐成 为 一 个 水 质 型 缺 水国家。水中的 重 金 属 离子不仅 对 动 物及人体造成“三 致”影 响，还能使人慢 性中 毒；而且由于氨氮、COD、总磷的增加而导 致 的水体富 营养 化 问 题，也 使 得水 体发 黑 变 臭 不 能 饮 用。水 质 污 染 与人 们 对 水质更高要求 的冲突 愈 演 愈烈，而 有关 水处 理 技 术 的 研 究 也因此得到广泛开展。到目前为止，在所有污 水净 化的方法 中吸 附 法 是 最受 欢 迎的一种 方法，其 不仅可以 通 过吸 附而 去 除 或回收 污 水中的 重 金 属，同 时也可 以 用于 水中磷 的 去 除 等，从 而 使 水 质 得 到 提 高。
摘 要：本文首先综述了改性壳聚糖在水处理中对含重金属污水或含磷污水的研究进展;其次介绍了壳聚糖磁性复合材料在含
重金属污水处理应用的研究进展以及其去除水中污染物的作用机理;最后对改性壳聚糖在水处理中的进一步应用进行展望。
关键词：壳聚糖 磁性复合材料 废水 重金属 磷
中图分类号：X703
文献标识码：A
国内外 研究 表明，对壳聚糖 进行质子 化处 理 后，其吸 附 重金 属和 污 水中的磷 都 有一定的 效 果。We i Yao 等人制 备 出用季 铵 交 联 的磁 性 壳 聚糖，过 程中加 入 醋 酸 进行质子 化 处理，并用其吸附以阴根离子形态存在的Cr(V I)和P(V)（如 HCr O 4-、H 2P O 4-），结 果 表明，两 者 的 饱 和 吸 附 量 分别 为 2.32 3m m ol /g 和 2.783m m ol /g，均 具 有 较 好 的处 理 效 果 [5]。
首先，根 据壳聚糖 磁 性 颗粒本身的结 构特点，多孔以及 大 的比 表面 积等，这 就使得 其 在污 水净 化 上有 较 佳 的吸 附 效果；再者，由于壳聚糖 表面带有大 量的氨基和羟基等官能 团，这 些 活 性 基团 可 以 对多种 重 金 属离子产生 选 择 性 的 螯 合 吸 附作用，结合氨基螯合树脂的特 性可知，壳聚糖磁性材 料 对Au 3+、Cu 2+、Ni 2+、Z n 2+、M n 2+和H g 2+有 较 好的选 择 性螯 合吸 附作用；并且，当壳聚糖上的氨基通 过质子 化而带正电 荷 时，其可 以吸 附 带 负电 荷 物质，如 磷 酸 根离子。
2 壳聚糖磁性复合材料在水处理中应用的进展 2.1 壳聚糖磁性复合材料在处理含重金属废水方面的应用
将壳聚糖与磁性颗粒进行复合后，在处理重金属污水时有 广泛的用途。YANG Wei-chun等人用简单一步法合成磁性 壳聚糖并将其用于Cr6+的吸附，随着壳聚糖质子化度的提高， Cr6+吸附容量也从10.771mg/g增加到21.040mg/g，最佳吸附 p H 范围为3～5 [6]。胡 曼等人 研 究 Fe 3 O 4复合 改 性 壳 聚 糖 对 P b 2+ 吸 附 性能 的 影 响，结 果 表明，该 磁 性 壳 聚糖 微 粒 对P b2+离子 的 吸 附性能得到很大的 提高，当吸 附 时间为8 0 m i n，溶 液 pH值 为 4.5，温度为25℃时，废水中Pb2+去除率可达99%以上[7]。 2.2 壳聚糖磁性颗粒在水处理中的作用机理
具有较好的吸附性能，即对Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+等的去 除率达97%以上[3]。马全红等人制备了丙酮酸改性壳聚糖(PCTS)， 该吸附剂具有较高取代性的羧基并且容易在水中溶解，并研讨 了其对重金属离子的吸附特性。结果表明，其对含有较低浓度 的Cu2+、Zn2+、Co2+等金属离子的去除率达到了100%、99.8%和 40.5%，与未经处理的壳聚糖和水杨醛改性的壳聚糖相比，该吸 附剂的吸附性能和溶解性能都有较大的提高[4]。 1.2 在处理含磷污水中的应用
而 用 于 吸 附 法 的 吸 附 剂 有 很 多种，其 中壳 聚 糖 被 认 为 是 “绿 色的 水处 理 剂”，而且其 在自然 界中具 有相当丰富 的 供 应 源 [1]。应 用 研 究 表明，单 纯 地使 用壳 聚糖 进行 水体 净 化 的 效 果 不佳，往 往 先 通 过 对壳 聚 糖 进行某 种改 性,再去 使 用，这 样可 以 达 到更佳 的 水处 理 效 果。通 过 改 性 后 的壳 聚 糖 可 螯 合 吸 附 重 金 属离子，从 而 在 重 金 属 的回收 和 含 重 金 属离子 的工业 废 水处理上具 有巨大作用，如Hg2+、Cu 2+、Cr 6+等；在一定的条 件下，也可以处理大 量的含磷污 水，对 水体富营养化 过程也 能产生有效的遏制效果。另外，在使用单一改性的壳聚糖时， 仍然有其局限 之处。比如在对污水进行净化处理后，还不能 高 效 地 分离出壳 聚 糖。由于目前 在 水处 理 行业中磁 分离 技 术 已被 广泛使用，故可将 壳 聚糖与磁 性 材 料 进行交 联 复合，制 备 出壳 聚糖 磁 性 复合材 料，使得 其 吸 附 性能、化 学 稳 定 性、再 生 与分离等特点都得到提高，因此壳聚糖磁性复合材 料具有很 大 的 研 究价 值 [2]。本 文 将重 点 综 述 改 性 壳 聚 糖 及 基 于 壳 聚 糖 的磁 性复合材 料在 水处 理中应 用的 研 究。
目前，通过对壳聚糖进行各种方式的处理从而制备出相应的 改性壳聚糖，其吸附重金属离子的效果往往比单纯地使用壳聚糖 要好多。罗道成等人制备出香草醛改性壳聚糖（VCG），研究了其 对重金属离子的吸附性能，结果表明，在温度为25℃，溶液pH值 为4，吸附时间为2h，初始浓度为30mg/L时，该吸附剂对重金属
环境 n k i.1674-098X.2017.32.107
科技创新导报 2017 NO.32
Science and Technology Innovation Herald
壳聚糖及其磁性复合材料在水处理中 应用的研究进展①
陈力1 祝向荣1* 李国超1 陈秋荣2 (1.上海第二工业大学工学部 上海 201209;2.浙江中科院应用技术研究院 浙江嘉兴 314022)
文章编号：1674-098X(2017)11(b)-0107-02
随着 地 球人口的不断增多以及工业社会的飞 速 发展，水 污染 也 越 来 越严重。水中重金 属含 量的 超 标 以及 水体富 营 养 化使得 我国逐 渐成 为 一 个 水 质 型 缺 水国家。水中的 重 金 属 离子不仅 对 动 物及人体造成“三 致”影 响，还能使人慢 性中 毒；而且由于氨氮、COD、总磷的增加而导 致 的水体富 营养 化 问 题，也 使 得水 体发 黑 变 臭 不 能 饮 用。水 质 污 染 与人 们 对 水质更高要求 的冲突 愈 演 愈烈，而 有关 水处 理 技 术 的 研 究 也因此得到广泛开展。到目前为止，在所有污 水净 化的方法 中吸 附 法 是 最受 欢 迎的一种 方法，其 不仅可以 通 过吸 附而 去 除 或回收 污 水中的 重 金 属，同 时也可 以 用于 水中磷 的 去 除 等，从 而 使 水 质 得 到 提 高。
摘 要：本文首先综述了改性壳聚糖在水处理中对含重金属污水或含磷污水的研究进展;其次介绍了壳聚糖磁性复合材料在含
重金属污水处理应用的研究进展以及其去除水中污染物的作用机理;最后对改性壳聚糖在水处理中的进一步应用进行展望。
关键词：壳聚糖 磁性复合材料 废水 重金属 磷
中图分类号：X703
文献标识码：A
国内外 研究 表明，对壳聚糖 进行质子 化处 理 后，其吸 附 重金 属和 污 水中的磷 都 有一定的 效 果。We i Yao 等人制 备 出用季 铵 交 联 的磁 性 壳 聚糖，过 程中加 入 醋 酸 进行质子 化 处理，并用其吸附以阴根离子形态存在的Cr(V I)和P(V)（如 HCr O 4-、H 2P O 4-），结 果 表明，两 者 的 饱 和 吸 附 量 分别 为 2.32 3m m ol /g 和 2.783m m ol /g，均 具 有 较 好 的处 理 效 果 [5]。
首先，根 据壳聚糖 磁 性 颗粒本身的结 构特点，多孔以及 大 的比 表面 积等，这 就使得 其 在污 水净 化 上有 较 佳 的吸 附 效果；再者，由于壳聚糖 表面带有大 量的氨基和羟基等官能 团，这 些 活 性 基团 可 以 对多种 重 金 属离子产生 选 择 性 的 螯 合 吸 附作用，结合氨基螯合树脂的特 性可知，壳聚糖磁性材 料 对Au 3+、Cu 2+、Ni 2+、Z n 2+、M n 2+和H g 2+有 较 好的选 择 性螯 合吸 附作用；并且，当壳聚糖上的氨基通 过质子 化而带正电 荷 时，其可 以吸 附 带 负电 荷 物质，如 磷 酸 根离子。
2 壳聚糖磁性复合材料在水处理中应用的进展 2.1 壳聚糖磁性复合材料在处理含重金属废水方面的应用
将壳聚糖与磁性颗粒进行复合后，在处理重金属污水时有 广泛的用途。YANG Wei-chun等人用简单一步法合成磁性 壳聚糖并将其用于Cr6+的吸附，随着壳聚糖质子化度的提高， Cr6+吸附容量也从10.771mg/g增加到21.040mg/g，最佳吸附 p H 范围为3～5 [6]。胡 曼等人 研 究 Fe 3 O 4复合 改 性 壳 聚 糖 对 P b 2+ 吸 附 性能 的 影 响，结 果 表明，该 磁 性 壳 聚糖 微 粒 对P b2+离子 的 吸 附性能得到很大的 提高，当吸 附 时间为8 0 m i n，溶 液 pH值 为 4.5，温度为25℃时，废水中Pb2+去除率可达99%以上[7]。 2.2 壳聚糖磁性颗粒在水处理中的作用机理
具有较好的吸附性能，即对Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+等的去 除率达97%以上[3]。马全红等人制备了丙酮酸改性壳聚糖(PCTS)， 该吸附剂具有较高取代性的羧基并且容易在水中溶解，并研讨 了其对重金属离子的吸附特性。结果表明，其对含有较低浓度 的Cu2+、Zn2+、Co2+等金属离子的去除率达到了100%、99.8%和 40.5%，与未经处理的壳聚糖和水杨醛改性的壳聚糖相比，该吸 附剂的吸附性能和溶解性能都有较大的提高[4]。 1.2 在处理含磷污水中的应用
而 用 于 吸 附 法 的 吸 附 剂 有 很 多种，其 中壳 聚 糖 被 认 为 是 “绿 色的 水处 理 剂”，而且其 在自然 界中具 有相当丰富 的 供 应 源 [1]。应 用 研 究 表明，单 纯 地使 用壳 聚糖 进行 水体 净 化 的 效 果 不佳，往 往 先 通 过 对壳 聚 糖 进行某 种改 性,再去 使 用，这 样可 以 达 到更佳 的 水处 理 效 果。通 过 改 性 后 的壳 聚 糖 可 螯 合 吸 附 重 金 属离子，从 而 在 重 金 属 的回收 和 含 重 金 属离子 的工业 废 水处理上具 有巨大作用，如Hg2+、Cu 2+、Cr 6+等；在一定的条 件下，也可以处理大 量的含磷污 水，对 水体富营养化 过程也 能产生有效的遏制效果。另外，在使用单一改性的壳聚糖时， 仍然有其局限 之处。比如在对污水进行净化处理后，还不能 高 效 地 分离出壳 聚 糖。由于目前 在 水处 理 行业中磁 分离 技 术 已被 广泛使用，故可将 壳 聚糖与磁 性 材 料 进行交 联 复合，制 备 出壳 聚糖 磁 性 复合材 料，使得 其 吸 附 性能、化 学 稳 定 性、再 生 与分离等特点都得到提高，因此壳聚糖磁性复合材 料具有很 大 的 研 究价 值 [2]。本 文 将重 点 综 述 改 性 壳 聚 糖 及 基 于 壳 聚 糖 的磁 性复合材 料在 水处 理中应 用的 研 究。