壳聚糖处理印染废水研究进展

壳聚糖处理印染废水研究进展
梁华
【摘要】壳聚糖具有良好的吸附性能,可用于处理印染废水,但自身存在一些缺陷,
限制了进一步应用.综述了壳聚糖的形貌控制、复合改性等方法及在处理印染废水
方面的研究进展,并对壳聚糖处理印染废水的发展方向作了展望.
【期刊名称】《印染助剂》
【年(卷),期】2018(035)011
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】壳聚糖;印染废水;形貌控制;复合改性
【作者】梁华
【作者单位】南昌理工学院,江西南昌 330000
【正文语种】中文
【中图分类】X79
随着经济的快速发展，印染行业的规模持续扩大，随之而来的印染废水处理问题也日益突出［1-2］。

印染废水是加工棉、麻、化纤等纺织产品过程中产生的废水，由于工艺、原料、产品的差异，印染废水的成分复杂多变，通常含有染料、助剂、活性剂、油脂、化纤及各种离子等［3］。

印染废水排放量大，有毒有机物含量高，pH变化大，加上近年来各种新型染料和助剂的使用，其处理变得更加困难［4］。

目前，常用的印染废水处理方法有吸附法、生物降解法、化学法等［5］。

其中，
吸附法能够快速简便地去除有毒污染物，成本低廉，无有毒副产物，设计方便，操作简单，适合大规模应用［6］。

吸附材料的选择是吸附法的核心，吸附材料需要具有很强的吸附能力、良好的解吸效率，如果仅进行吸附而不进行洗脱，不仅浪费吸附材料，而且会造成严重的二次污染［7］。

壳聚糖是一种天然线性大分子多糖，结构式如下所示，其中存在大量游离态的氨基和羟基，能够与重金属离子发生配位反应，可吸附印染废水中的多种污染物［8］。

壳聚糖主要来源于蟹虾等无脊椎动物外壳及藻类、菌类的细胞壁，来源广泛，价格低廉，无二次污染，是一种较为理想的吸附材料［9］。

1 未改性壳聚糖
壳聚糖分子链上有大量羟基和氨基，在污水处理中不仅作为吸附剂，还能作为絮凝剂、助凝剂和重金属螯合剂，具有较好的污水处理能力。

Dotto等［6］以虾壳废弃物为原料，成功制备出壳聚糖并研究了最佳吸附条件：pH=3，搅拌转速150
r/min，吸附时间60 min（酸性蓝9）；pH=3，搅拌转速50 r/min，吸附时间
60 min（日落黄）。

在最佳吸附条件下，对酸性蓝9的吸附量为210 mg/g，对
日落黄的吸附量为295 mg/g，具有较好的色素去除效果和吸附能力。

王茹等［8］以壳聚糖作为吸附剂去除水中微量重金属Pb2+，最佳条件为：吸附剂用量100 mg，pH=6～8，吸附时间15 h，壳聚糖分子中游离的氨基和羟基能够与Pb2+
产生较强的吸附作用，具有较好的去除重金属离子效果。

尽管壳聚糖在废水处理中具有先天的优势，但也存在一些固有缺陷，如机械性能较低，在酸性溶液中稳定性差，比表面积小等。

为了进一步提升壳聚糖的吸附能力，需要对壳聚糖做各种改性处理。

2 壳聚糖形貌控制
为了满足不同的应用需求，可设计不同形状的吸附材料，如微球、薄膜、凝胶等。

Ramalingam等［10］成功合成了载Ag核壳结构纳米壳聚糖，在单组分和多组
分体系中，对微生物和染料的去除能力分别达到了99.99%和99.50%，相比其他
吸附材料，载Ag核壳结构纳米壳聚糖具有更高的吸附容量，在较高pH条件下，染料分子可以解吸，实现了吸附剂的重复利用。

Li等［11］利用静电纺丝法制备
出壳聚糖纤维膜，通过控制制备工艺，可实现纤维直径的调控。

以酸性蓝113作
为目标污染物，研究纤维直径和纤维膜吸附容量的关系，结果表明，纤维膜直径和吸附容量呈现良好的线性关系，纤维平均直径86 nm时，纤维膜材料对酸性蓝113的吸附容量达到1 337 mg/g。

3 壳聚糖复合物
壳聚糖可生物降解、无毒且成本低廉，但也具有一些缺陷，采用与其他材料复合的方式可以弥补不足，达到更好的吸附和去污效果。

Sudipta等［12］以辛基酚聚
乙二醇醚和十二烷基硫酸钠为修饰物，制备出凝胶珠壳聚糖吸附材料，以刚果红为研究对象，考察CS/TX-100和CS/SDS的吸附能力。

结果发现，低浓度表面活性剂改性壳聚糖可大大提高其吸附性能，对刚果红的吸附容量能达到378.79 mg/g，相比空白的壳聚糖凝胶珠有了较大的提升。

Qi等［13］成功制备出可用于印染废
水吸附的氧化石墨烯/壳聚糖复合材料，该复合材料不仅具有较高的去污能力，还
很好地解决了常规吸附剂分离困难的缺陷。

详细研究壳聚糖和氧化石墨烯的自组装行为，仅在壳聚糖质量分数超过9%时，才会生成稳定的氧化石墨烯/壳聚糖复合
材料，以亚甲基蓝为模拟印染废水，其吸附容量达到275.5 mg/g。

Vaishakh等［14］成功制备出木质素/壳聚糖复合材料，当壳聚糖用量为50%时，复合材料对雷玛唑亮蓝的吸附性能达到最佳。

4 季铵盐改性
壳聚糖在水、碱性溶液和大多数有机溶剂中的溶解度很低，限制了其进一步应用。

为了拓宽壳聚糖的应用范围，可用季铵盐进行改性，从而提高壳聚糖的吸附性能。

刘剑锋［15］以二甲基二烯丙基氯化铵和二烯丙基胺为原料，成功合成了季铵盐
改性壳聚糖，当壳聚糖用量为100 mg/L、温度为45℃、pH为4时，CODCr去除率达78.1%，SS去除率达82.8%，脱色率为80.2%。

Zhang等［16］成功制
备出壳聚糖季铵盐吸附剂，研究其对模拟印染废水酸性红1、二甲酚橙、茜素红的处理能力，结果表明：当温度为25℃、pH为3时，壳聚糖季铵盐对单独酸性红1、二甲酚橙、茜素红的吸附量分别达到781.55、537.40和992.61 mg/g；当模拟印染废水中存在多种污染物时，少量吸附剂优先吸附茜素红，当吸附剂用量多时，则会优先吸附酸性红1。

5 交联改性
为进一步提升壳聚糖的吸附能力，扩大应用范围，可通过交联改性改变分子链结构。

Karimi等［17］以3,3,4,4-四羧基二苯甲酮二酐为交联剂，成功制备出一种新型
壳聚糖材料，以磺化钴酞菁染料为目标废水，交联改性后的壳聚糖展现出良好的吸附能力。

另外，该吸附过程受pH影响较大，在最优条件（pH=8）下吸附去除能力达到98%。

He等［18］以3-氨基丙基三乙氧基硅烷和氧化淀粉作为交联剂，
成功制备出壳聚糖/氧化淀粉/二氧化硅杂化膜，以蓝71和红31染料为目标污染物，研究壳聚糖/氧化淀粉/二氧化硅的吸附性能，同时研究pH、温度对吸附能力
的影响，结果表明：在pH=9.82、温度为60℃时，壳聚糖/氧化淀粉/二氧化硅的吸附能力达到最佳，相比壳聚糖/氧化淀粉，吸附能力有了较大提升。

Huang等［19］成功制备出乙二胺交联壳聚糖，对eosin Y染料表现出优异的吸附性能，
这主要是由于交联之后，大量氨基的引入使壳聚糖的Zeta电位有所提高，数据符合Langmuir方程，25℃时对eosin Y染料的吸附量可达294.12 mg/g。

杨炳超
等［20］以质子化交联壳聚糖为吸附剂，甲基橙溶液为模拟印染废水，研究溶液
质量浓度、pH、吸附剂用量、时间等对印染废水脱色效果的影响，结果表明：吸
附剂用量为3.6 g/L、甲基橙质量浓度低于200 mg/L时，吸附率可达90%，吸附
性能受pH影响较小，且在较大pH范围内都能达到较好的吸附效果。

Rui⁃hua Huang等［21］成功制备出质子化交联壳聚糖，以氨基黑10B为模拟印染废水，在20℃时的吸附量为9.43 mg/g，另外，质子化交联壳聚糖对氨基黑10B的吸附过程为自吸热过程。

郭肖青等［22］成功制备出戊二醛交联壳聚糖，具有良好的交联度和耐腐蚀性能，pH=3～4、吸附剂用量为2 g/L、时间为2.5 h时达到吸附平衡。

壳聚糖吸附染料并脱附后可重复使用，吸附性能基本无变化。

6 其他改性方式
壳聚糖的改性方式众多，除上述方式外，还能通过表面功能化、羧甲基化等方式提升吸附性能。

Peng等［23］以纤维素、壳聚糖和Fe3O4为原料，通过表面功能化成功制得具有磁性的吸附材料，以铅离子和亚甲基蓝为目标污染物，吸附材料对其吸附量分别达到384.6和833.3 mg/g。

毕韶丹等［24］成功制备出羧甲基化壳聚糖，以亚甲基蓝为模拟印染废水，当pH=6、吸附剂用量为200 mg/L时，2 h后脱色率超过89%。

孙玉凤等［25］成功制备出羧甲基壳聚糖和羧甲基壳聚糖铁，以COD作为考察目标对比两种吸附剂的吸附能力，结果表明：羧甲基壳聚糖铁的COD去除率为91.4%～94.2%，脱色率为78.5%～96.7%，相比羧甲基壳聚糖有了较大的提升。

另外，当吸附剂用量相同时，羧甲基壳聚糖的沉淀时间比羧甲基壳聚糖铁多15 min。

7 结论与展望
壳聚糖可快速简便地去除印染废水中的有毒污染物，成本低廉，无有毒副产物，设计方便，操作简单，适合大规模应用，但也存在机械性能较低，在酸性溶液中稳定性差，比表面积小等缺点，因而需要形成特殊结构或进行改性。

目前对壳聚糖的研究主要集中在根据设计需求形成不同的形貌，或者通过交联改性、季铵盐改性、形成复合结构等方式提高壳聚糖的吸附性能。

改性后的壳聚糖在印染废水处理中仍存在不足，后期的研究可以从几点入手：（1）根据实际应用需求，扩大改性壳聚糖
的应用范围，使之能同时吸附印染废水中的多种污染物，提高应用效率；（2）加大对壳聚糖的回收利用研究，避免造成二次污染；（3）多种改性方式结合使用，如季铵盐改性后再进行交联，可同时结合几种改性方式的优点，更好地提升壳聚糖的吸附性能。

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